Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-04-24Bitstream added on 2014-06-13T19:50:37Z : No. of bitstreams: 1 gomes_faa_me_ilha.pdf: 1304340 bytes, checksum: 93a9b85b39e238ee85d2a3ae10503b07 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O fenômeno da ablação é um processo que envolve o estudo de proteções térmicas, com muitas aplicações, principalmente na engenharia mecânica e aeroespacial. O processo envolve transferência de calor com movimento de fronteira, onde a posição é desconhecida a priori. As equações governantes do processo formam um sistema não-linear de equações diferenciais acoplado. A análise unidimensional do processo ablativo é realizada em um corpo de revolução, o qual está sobre intenso aquecimento. Esse problema é resolvido utilizando a Técnica da Transformada Integral Generalizada – TTIG, para solução do sistema de equações governantes. Como condição de contorno é considerada um fluxo de calor transiente no contorno, como por exemplo, o que ocorre com veículos na reentrada da atmosfera. A teoria do fluxo de calor de Tauber e de Van Driest é utilizada nessa análise. Os resultados de interesse são, a espessura e a taxa de material ablatado. Os resultados obtidos são comparados com resultados disponíveis de outras técnicas de solução em literaturas. / The phenomenon of ablation is a process of thermal protection with several applications, mainly, in mechanical and aerospace engineering. This process involves heat transfer with a moving boundary which position is unknown a priori. The governing equations of the process are a non-linear system of coupled partial differential equations. The onedimensional analysis of ablative process has been done in a revolution body, which is on intense heating. This problem is performed by using the generalized integral transform technique – GITT for solution of the system of governing equations. As boundary condition is considered a transient heat flux like ones that occur, for example, in re-entrance of aerospace vehicles in the atmosphere. The heat flux theory of Tauber and Van Driest were used in that analysis. The results of interest are the thickness and the rate of loss of the ablative material. The obtained results are compared with available results of other techniques of solution in the literature.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-12-06Bitstream added on 2014-06-13T20:32:09Z : No. of bitstreams: 1 laurentino_cl_me_sjrp.pdf: 518454 bytes, checksum: d37a3ee64c694059f0ef80729b4d545a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho abrange o estudo das propriedades térmicas e estruturais de rejeitos agroindustriais utilizados como substrato em fermentação em estado sólido. Os materiais empregados foram bagaços de cana-de-açúcar e de laranja e farelo de trigo. Foram analisadas as distribuições de temperatura e de umidade no interior de um leito cilíndrico encamisado, empacotado com esses materiais e percolado por ar, de modo tentar explicar as transformações do sistema decorrentes da fermentação, a fim de propor e avaliar soluções tecnológicas para prováveis problemas de não uniformidade térmica e de umidade do meio. Inicialmente, analisaram-se algumas características estruturais de um meio poroso constituído por bagaço de cana, como densidade e porosidade, considerando diferentes técnicas de empacotamento e umidades das fibras, para avaliar a influência dessas propriedades sobre a temperatura na saída do leito. As técnicas adotadas consistiam em simplesmente despejar o bagaço no leito, submetê-lo à pressão com um peso e à vibração intensa. Foram empregadas cinco umidades distintas do material e se verificou que a forma de empacotamento apresenta maior influência na porosidade do leito com o aumento da umidade do meio. Nos testes com o leito percolado por ar utilizando-se bagaço seco, observouse que os perfis de temperatura não foram alterados pelas diferentes técnicas de empacotamento adotadas. Estudou-se também o comportamento higroscópico dos materiais, uma vez que o meio ao ser percolado por ar à temperatura e umidade relativa controladas, tende a entrar em equilíbrio higroscópico com o gás, sendo essa variável de grande importância para processos fermentativos. Tal estudo foi realizado através do método estático gravimétrico. Além disso, determinou-se a condutividade térmica efetiva... / Thermal, structural and physical properties of agro industrial by-products for Solid State Fermentation (SSF) were studied in this work. Sugar cane bagasse, orange bagasse and wheat bran were the solid materials. Hygroscopic characteristics, stagnant effective thermal conductivity, bed voidage and temperature profile in a bed percolated by air were some properties obtained for non-reational sytems. Tests with reaction were carried out to assess enzymatic production. For the sugar cane bagasse it was measured particle density, bed bulk density and bed voidage (e). Three different packing techniques were applied: pouring the bagasse into the tube and gently accommodating the particles before adding up another portion of fibers (E1); pouring 5g of bagasse and pressuring it with a weight (3kN/m2) for 5min and adding up another 5g portion; pouring 5g of bagasse and shaking the bed for 5min in a sieve shaker and adding up another 5g portion (E3). Five initial bagasse moisture contents (M) were used and it was observed that e is influenced by M. Heat transfer experiments with sugar cane bagasse were conducted in a packed bed made up of a stainless steel tube 30cm long and 4,67cm diameter, divided in a entrance section 10cm long and a heating jacket section 20cm long. Temperatures were measured at the top of the heating section by five thermocouples axially placed above the bed and angular and radial temperature profiles were obtained. The outlet temperature profile was not influenced by the packing techniques and by the inlet air relative humidity, but it was noticed that the temperature measurements were affected by the surrounding conditions. At the end of the experiments an axial moisture profile in the porous media was observed. The hygroscopic characteristics of all materials were assessed in a wide range of temperature and air relative humidity, and it was...(Complete abstract click electronic access below)

Orientador: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Rubens Alves Dias / Banca: José Rui Camargo / Resumo: A geração de energia distribuída em edificações e cidades tem sido proposta como uma importante alternativa para que os países ampliem a base tecnológica de suas matrizes energéticas. No caso do Brasil, a possibilidade da incorporação da geração distribuída em edificações apresenta amparo legal por meio de recentes regulamentações do setor elétrico e das normas de melhoria da eficiência energética de edificações. Por estas razões, novos empreendimentos imobiliários com visão de sustentabilidade ambiental, estão avaliando o uso da geração distribuída na etapa de planejamento. Nesta dissertação, foi analisada uma proposta para atender as necessidades energéticas de um hospital (vapor, água quente, resfriamento e eletricidade) considerando as informações de demanda, classificadas em oito dias típicos do ano, dois por cada estação do ano (outono, inverno, primavera e verão) sendo um dia de trabalho normal e outro de final de semana. A proposta consiste na otimização de uma superestrutura composta de diferentes tecnologias de geração e cogeração incluindo equipamentos solares, para assim obter a melhor configuração em termos econômicos. A superestrutura é flexível, ou seja, permite a venda ou compra de eletricidade e analisa três casos, verificando-se a viabilidade de gerar mais eletricidade. Finalmente são apresentados os resultados da configuração final obtida pela otimização / Abstract: Distributed generation in buildings and cities has been proposed as an important option for countries in order to include more technologies in their energy mixes. In Brazil, the possibility of including distributed generation in buildings has recent advances in energy policy and building energy efficiency standards. For these reasons, new construction projects of sustainable buildings include the assessment of distributed generation in the initial stages. In this work, we present an approach for attending energy needs (steam, hot water, cooling and electricity) of a hospital. The information about demand is classified in eight typical days, two for each season of the year (autumn, winter, spring and summer); a workday and a weekend day. The approach consists in the optimization of a superstructure containing different energy generation and cogeneration technologies like solar panels, for obtaining the best configuration in economic terms. The superstructure is flexible, this is, it allows buying or selling electricity. It also analyzes three cases, verifying the feasibility for generating more electricity. Finally, the results present the final configuration obtained from the optimization process / Mestre

Orientador: José Antonio Perrella Balestieri / Coorientador: Luiz Roberto Carrocci / Banca: Alex Mendonça Bimbato / Banca: Valesca Alves Corrêa / Resumo: Uma das formas de reduzir os custos de produção de uma unidade de sulfatação é diminuir o consumo de utilidades, principalmente energia elétrica e vapor. Como as plantas de sulfatação liberam energia térmica durante o processo de produção dos tensoativos sulfatados, tornou-se interessante pensar em utilizar esta energia de forma racional, o que pode representar uma oportunidade para aumentar a eficiência energética. O presente trabalho tem como objetivo efetuar um estudo em uma planta real de sulfatação para propor alternativas de reaproveitamento da energia térmica disponível, proveniente dos processos da fabrica. Para definir as formas de utilização desta energia térmica, primeiro foi realizada uma auditoria energética na unidade de sulfatação em cada setor da planta. Após isto, foram apresentadas as propostas de utilização desta energia, denominadas de A, B e C, dentro de um complexo industrial. A proposta A irá consumir a energia térmica da corrente de ar/SO2 que sai do forno para gerar vapor, além de utilizar a energia das correntes de ar quente dos trocadores de calor para aquecer a água de alimentação da caldeira. A proposta B irá utilizar a energia térmica das correntes de ar quente para complementar o consumo energético em um sistema de secagem por pulverização. Já a proposta C pretende usar a energia térmica para aquecer tambores metálicos em uma estufa. A auditoria energética revelou que são consumidos 103,6 kW de energia térmica nos setores de armazenamento de enxofre e secagem da sílica, sendo descartado para atmosfera 730 kW nas correntes de ar quente, e retirados 131 kW para resfriar a corrente de ácido da torre de sulfúrico. Com as propostas, é possível aproveitar até 100% da energia térmica disponível na planta de sulfatação, aumentando em até 87% a eficiência ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: One way to reduce production costs of a sulfation unit is to decrease the consumption of utilities, especially electricity and steam. As the sulfation plants release thermal energy during the production process of sulfated surfactants, it becomes interesting to think about using this energy in a rational way, which may represent an opportunity to increase the energetic efficiency. This paper has the objective to make a study in a real plant sulfation to propose alternatives reuse of thermal energy available in the processes of the fabric. To define ways to use this thermal energy, an energy audit was firstly fulfilled in sulfation unit to quantify the thermal energy present in every sector of the plant. In the sequence, proposals have been presented for using this energy, called A, B and C, within an industrial complex. The proposal A consumes the thermal energy of the air stream/SO2 exiting the furnace to generate steam, using the energy of the hot air flows from heat exchangers to heat the feed water of the steam boiler. The proposal B uses the thermal energy of the hot air currents to complement the energy consumption in a spray drying system. Proposal C is presented to use the thermal energy to heat metal drums in a hothouse. The energy audit showed that 103,6 kW of thermal energy are consumed in the drying of silica and sulfur storage sectors, but 730 kW are discharged to atmosphere in the hot air currents, and 131 kW are withdraw to cool the acid chain sulfuric tower. With the proposals, it is possible to use 100% of the thermal energy available in the sulfation plant, increasing the thermal efficiency of spray drying processes until 87%, providing until 98% of the thermal energy to heat the liquid sulfur after reception and promote heating drums in an oven. In this way, a reduction in the consumption of fuels used to generate ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

CNPq; Fundação Araucária / O presente trabalho teve como objetivo realizar um estudo do comportamento fluidodinâmico e térmico do processo de secagem de suspensão diluída em leito fluidizado gás-sólido. Para avaliar a estabilidade de fluidização, a fim de evitar a condição do fenômeno de defluidização, foi utilizada a análise espectral Gaussiana. Durante o processo de secagem, foi analisada a umidade relativa do ar, a umidade absoluta, eficiência de secagem e a força de secagem. Em relação ao comportamento térmico, foi analisado o coeficiente volumétrico de transferência de calor, avaliando a influência das condições experimentais. Os ensaios experimentais foram realizados em escala laboratorial utilizando-se uma coluna de acrílico de 0,11 m de diâmetro interno e 1,0 m de altura. Como material inerte, foram utilizadas esferas de alumínio e esferas de vidro, ambas com diâmetro médio de 1,55 mm. Foi utilizada uma suspensão de carbonato de cálcio com concentração de 9 e 15%. A vazão de atomização da suspensão foi de 11,0; 13,0 e 15,0 mL/min. Os resultados mostraram que a transição dos regimes de fluidização durante o processo de secagem de suspensão não pôde ser nitidamente identificada pela análise espectral Gaussiana. Adicionalmente, a concentração de carbonato de cálcio apresentou pouca influência no tempo para atingir a região de defluidização. A vazão de atomização da solução influenciou na estabilidade fluidodinâmica do leito. Em relação ao tipo de material inerte, as partículas de alumínio apresentaram melhores condições no processo de secagem do ponto de vista da fluidodinâmica. O coeficiente volumétrico médio de transferência de calor obtido foi de 1,76 kW/m³.K, não variando com o tipo da partícula inerte utilizado. / The objective of this study was to perform a study of the hydrodynamic and thermal behavior of the drying process of a dilute suspension in a gas-solid fluidized bed. To evaluate stability fluidization, in order to avoid the condition of the defluidization phenomenon, was utilized Gaussian spectral analysis, which is a technique based on pressure fluctuation measurements. During the drying process, was analyzed relative humidity, absolute humidity and a drying efficiency. In relation to the thermal behavior, the volumetric heat transfer coefficient was analyzed, evaluating the influence of experimental conditions. The experimental tests were carried out in laboratory scale using a Plexiglas column, with 0.11 m in inner diameter and 1.0 m in height. As inert material, aluminum beads and glass beads were used, both with mean diameter of 1.55 mm. It was used as suspension of calcium carbonate with a concentration of 9 and 15%. The atomization flow rates of the suspension were 11.0; 13.0 and 15.0 mL/min. The results showed that the transition of the fluidization regimes during the suspension drying process could not be clearly identified by Gaussian spectral analysis. Additionally, the solution concentration had little influence on the time to reach the defluidization region. The atomization flow of the solution influenced the fluid dynamic stability of the bed. As for the type of the inert material, the aluminum particles presented better conditions in the hydrodynamic of drying process. The average volumetric heat transfer coefficient was 1.76 kW/m³.K and it not changed with the type of inert particle used.

CNPq; Fundação Araucária / O presente trabalho teve como objetivo realizar um estudo do comportamento fluidodinâmico e térmico do processo de secagem de suspensão diluída em leito fluidizado gás-sólido. Para avaliar a estabilidade de fluidização, a fim de evitar a condição do fenômeno de defluidização, foi utilizada a análise espectral Gaussiana. Durante o processo de secagem, foi analisada a umidade relativa do ar, a umidade absoluta, eficiência de secagem e a força de secagem. Em relação ao comportamento térmico, foi analisado o coeficiente volumétrico de transferência de calor, avaliando a influência das condições experimentais. Os ensaios experimentais foram realizados em escala laboratorial utilizando-se uma coluna de acrílico de 0,11 m de diâmetro interno e 1,0 m de altura. Como material inerte, foram utilizadas esferas de alumínio e esferas de vidro, ambas com diâmetro médio de 1,55 mm. Foi utilizada uma suspensão de carbonato de cálcio com concentração de 9 e 15%. A vazão de atomização da suspensão foi de 11,0; 13,0 e 15,0 mL/min. Os resultados mostraram que a transição dos regimes de fluidização durante o processo de secagem de suspensão não pôde ser nitidamente identificada pela análise espectral Gaussiana. Adicionalmente, a concentração de carbonato de cálcio apresentou pouca influência no tempo para atingir a região de defluidização. A vazão de atomização da solução influenciou na estabilidade fluidodinâmica do leito. Em relação ao tipo de material inerte, as partículas de alumínio apresentaram melhores condições no processo de secagem do ponto de vista da fluidodinâmica. O coeficiente volumétrico médio de transferência de calor obtido foi de 1,76 kW/m³.K, não variando com o tipo da partícula inerte utilizado. / The objective of this study was to perform a study of the hydrodynamic and thermal behavior of the drying process of a dilute suspension in a gas-solid fluidized bed. To evaluate stability fluidization, in order to avoid the condition of the defluidization phenomenon, was utilized Gaussian spectral analysis, which is a technique based on pressure fluctuation measurements. During the drying process, was analyzed relative humidity, absolute humidity and a drying efficiency. In relation to the thermal behavior, the volumetric heat transfer coefficient was analyzed, evaluating the influence of experimental conditions. The experimental tests were carried out in laboratory scale using a Plexiglas column, with 0.11 m in inner diameter and 1.0 m in height. As inert material, aluminum beads and glass beads were used, both with mean diameter of 1.55 mm. It was used as suspension of calcium carbonate with a concentration of 9 and 15%. The atomization flow rates of the suspension were 11.0; 13.0 and 15.0 mL/min. The results showed that the transition of the fluidization regimes during the suspension drying process could not be clearly identified by Gaussian spectral analysis. Additionally, the solution concentration had little influence on the time to reach the defluidization region. The atomization flow of the solution influenced the fluid dynamic stability of the bed. As for the type of the inert material, the aluminum particles presented better conditions in the hydrodynamic of drying process. The average volumetric heat transfer coefficient was 1.76 kW/m³.K and it not changed with the type of inert particle used.

Orientador: Osvair Vidal Trevisan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T20:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MedeirosJunior_Flavio_M.pdf: 5849713 bytes, checksum: d198866e74ce5c49813b449117b5005b (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: As operações de Acidificação de Matriz são usadas com freqüência para remoção do dano à formação causado por partículas sólidas de minerais que obstruem parcialmente o espaço poroso nas proximidades do poço. A cinética da reação química entre o ácido e os minerais da rocha é bastante sensível à temperatura na qual a reação se desenvolve. A temperatura do ácido na zona injetora depende dos fenômenos de transferência de calor que ocorrem no interior da coluna de injeção e no reservatório submetido à injeção do ácido. Normalmente utiliza-se pequenos volumes de ácidos bombeados com vazões médias e altas tendo como conseqüência pequenos períodos de injeção. O modelo proposto para o cálculo da temperatura na coluna considera os termos de acumulação de calor no interior da coluna e no anular, além da hipótese de poço com raio finito, importantes para soluções de curto tempo. No reservatório são consideradas as perdas para a formação vizinha e analisada a influência do calor gerado pela reação química no comportamento da temperatura do ácido. As hipóteses de condução de calor desprezível na direção do fluxo de fluido, equilíbrio térmico instantâneo, gradiente geotérmico linear e condução de calor unidimensional na formação também são utilizadas. A solução para temperatura do ácido na zona. injetora é apresentada no espaço de Laplace considerando o acoplamento da solução para temperatura na coluna à solução para a temperatura no reservatório através do teorema da convolução. A inversão numérica das funções no espaço de Laplace é feita com o algoritmo de Stehfest. Os resultados obtidos indicam que a temperatura do ácido na zona injetara é bastante sensível à vazão do ácido injetado e aos volumes deslocados a frente do tratamento, podendo atingir valores significativamente inferiores à temperatura do reservatório no decorrer da operação / Abstract: Matrix Acidization is frequently used to remove formation damage from pore plugging caused by deposition of small mineral particles. The kinetics of the chemical reactions between acid and minerais is very sensitive to fluid temperature. The temperature of the acid at the injection zone depth depends on the heat transfer that occurs as the acid travels through the injection column and on the heat exchange with the reservoir rock and fluids. The volume of injected acid is usually small and the injection time is short, compared to other thermal injection operations. Two heat transfer models are proposed: one to calculate the temperature profile along the injection column and other to calculate the temperature distribution within the reservoir. The model proposed here for the heat transfer along the column incorporates heat accumulation (in the fluid and at the annulus) to the heat exchange between the wellbore and the semi-infinite surroundings. For the heat transfer in the reservoir, the modei accounts for the conductive losses to the neighboring formation, the heat generation from the chemical reactions and heat transported by the injected fluid. The eventual temperature distribution for the acid in the reservoir is obtained after coupling of the solution for the column problem and the solution for the reservoir problem. Both problems were solved by Laplace transforms and the final solution is obtained using the convolution theorem. Stehfest's algorithm is used to invert the solution to real domain. Results for typical operational parameters show that the acid temperature is very sensitive to the injection flow rate and to the fluid volumes injected during the pre-treatment. The acid temperature can be significantly lower than the reservoir temperature along the operation / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Marcelo Moreira Ganzarolli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T20:18:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Avelar_AnaCristina_M.pdf: 5757345 bytes, checksum: ab66436b252ec7b8b48d4756dd9e7f42 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Os constantes avanços tecnológicos em eletrônica e informática tem tornado os sistemas eletrônicos cada vez mais compactos, aumentando-se a quantidade de calor a ser removida dos componentes e placas de circuito impresso. Por este motivo, atualmente são exigidos sistemas de dissipação de calor altamente eficientes. Este estudo analisa teórica e experimentalmente a transferência de calor em canais verticais formados por placas de circuito impresso dispostas paralelamente, resfriadas por convecção natural e propõe uma modelagem, baseada em relações existentes na literatura, que busca prever a distribuição de temperaturas em pontos significativos nos canais e placas em função da potência dissipada e da distância entre as placas. Este estudo visa também analisar os efeitos do aquecimento não-uniforme das placas que formam o canal. Na simulação teórica, devido à pequena espessura da placa o gradiente de temperatura ao longo da espessura da mesma foi desprezado e resolveu-se numericamente a equação de transferência de calor em coordenadas cartesianas bidimensionais e em regime permanente. Equacionou-se balanços de energia para os componentes e para o ar no canal e o problema foi resolvido numericamente através de um programa computacional. As placas de circuito impresso utilizadas nos testes experimentais, concebidas exclusivamente para fins de estudos térmicos, possuem uma base de epóxi com 25 resistores discretamente distribuídos sobre sua superfície de 200x164mm. Realizou-se testes com aquecimento uniforme e não-uniforme, variando-se a potência por componentes nas placas. Variou-se também as potências por placas e as distâncias entre as mesmas. Testou-se as potências de 2, 4,6 e 8 W e as distâncias entre placas de 12,24, e 48mm. Verificou-se boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais, principalmente para a menor distância entre placas, 12 mm, onde a diferença entre os resultados teóricos e experimentais foi muito pequena / Abstract: The constant technological advances in electronics and computations have made the electronic system increasingly more compact, thus increasing the amount of heat to be removed ITomthe components and printed circuit boards. For this reason, highly efficient system of heat removal are presently required. This study analyses both theoretically and experimentallyheat transfer in an array of vertical parallel printed circuit boards, cooled off by natural convection and proposes a modeling, based on correlation found in literature which tries to predict temperature distribution in significant places in the channels and boards as regards dissipated power and distance among boards. This study also aims at analyzing nonuniform heating effets of the channel made boards. In the theoritical simulation, due to the board' s small thickness, the temperature gradient across the board has been neglected, and the equation of heat transfer in two-dimensional Cartesian was numericallysolved, and on a steady state. Energy balances for the componentes were formulated, and the problem was numerically solved by a computer programo The printed circuit boards used in the experimental tests, manufactured speciallyfor heat trasnfer studies have an epoxy basis with 25 resistors discretely distributed on 200 x 164 mm. Uniform and non-uniform heating tests were performed, thus a variation of power and distance among them had a variation. The 2, 4, 6 and 8 W power and distance among 12, 24 and 48 mm boards were tested. Good agreements between numerical and experimentalresults were observed, mainlyfor the smaller distance among boards, 12 mm, the differencesbetween the theoretical and experimentalresults were small / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T04:17:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morais_EdvaldoRodrigode_D.pdf: 6747685 bytes, checksum: c02b586c7235aff32140ce7dcd3c8e2c (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Em reações altamente exotérmicas, uma das principais características dos reatores catalíticos de leito fixo está relacionada ao surgimento do ponto quente ou hot-spot, sendo sua prevenção de fundamental importância para o bom desempenho do reator, uma vez que ele pode levar ao aumento excessivo da temperatura no leito catalítico, o que poderia resultar em possíveis condições de instabilidade. Um fator importante para estabelecer limites de estabilidade e que, portanto, deve ser considerado dentro do projeto de reatores catalíticos de leito fixo, está relacionado à escolha da configuração de escoamento do fluido refrigerante. Desta forma, duas novas configurações de escoamento para o fluido refrigerante, empregando simultaneamente as configurações convencionais co-corrente e contra-corrente, são propostas. O objetivo é explorar e analisar a influência de diferentes configurações de refrigeração sobre o comportamento de reatores catalíticos de leito fixo monotubulares e multitubulares através de sua modelagem e simulação, reduzindo assim os efeitos do ponto-quente sobre o comportamento estacionário do reator. O emprego de modelos multitubulares é essencial quando existe a necessidade de se considerar detalhadamente todos os aspectos relacionados ao projeto mecânico do reator e também onde as interações existentes entre os tubos forem importantes. Dentre as configurações de refrigeração empregadas estão as formas convencionais, denominadas co-corrente e contra-corrente, e também as configurações mistas, que utilizam ambas as formas convencionais simultaneamente. Como caso de estudo é considerada a reação de oxidação parcial do benzeno em anidrido maleico sobre catalisador de pentóxido de vanádio (V2O5), a qual apresenta equações de taxa complexas e é altamente exotérmica, e representa uma importante classe dentro dos processos industriais. Para tanto foram desenvolvidos softwares escritos em FORTRAN 90 capazes de permitir ao usuário o estudo de diversas configurações de refrigeração e diferentes condições de operação e de projeto, tanto para o reator monotubular quanto multitubular, sendo ainda compatíveis com outras reações de interesse industrial, o que torna os procedimentos e a metodologia desenvolvidos de uso geral / Abstract: One of the main characteristics of fixed bed catalytic reactors when high exothermic reactions are carried out is the presence of the hot-spot. Prevention of hot-spot appearance is extremely important for good reactor performance, since it can lead to an excessive increase in reactor bed temperature, which could result in unstable conditions. An important factor to establish stability limits and, therefore, to be considered during the fixed bed catalytic reactor design is the choice of the coolant flow pattern. In doing so, two new coolant flow patterns are purposed using both co-current and counter-current conventional configurations simultaneously. The main objective is to explore and analyze the influence of different cooling modes on the monotubular and multitubular fixed bed catalytic reactors behavior through their modeling and simulation, reducing in this way the effects of the hot-spot on the steady state reactor behavior. The use of multitubular models is essential when there is a need to consider in detail all aspects related to the reactor mechanical design and also where the interactions between tubes are important. Among the cooling modes used are the conventional flow patterns, called co-current and counter-current, and also the mixed flow patterns, which use both conventional forms simultaneously. As a case study, the reaction of partial oxidation of benzene to maleic anhydride over a vanadium pentoxide catalyst (V2O5) is considered, which presents complex rate equations, is highly exothermic, and represent an important class of industrial processes. Bearing this in mind, FORTRAN 90 softwares that permit the user to study different cooling modes and various operational and design conditions for both mono-tubular and multitubular reactors were developed. These softwares are compatible with other reactions of industrial interest, which makes the procedures and methodology developed for general use / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Milton Mori, Washington de Oliveira Geraldelli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T14:06:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ropelato_Karolline_D.pdf: 2250629 bytes, checksum: 15568f3eff580c49e2a6e20cc69a4f04 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A compreensão dos fenômenos existentes em equipamentos industriais é de extrema importância para o seu projeto e otimização. O uso de colunas de destilação é conhecido antes mesmo do século XX. Desde o seu surgimento até os tempos atuais, significativos avanços ocorreram. A literatura apresenta diversos trabalhos considerando o estudo de colunas de destilação com pratos ou recheios. No entanto, pouca atenção tem sido dada para colunas com vazios. O presente trabalho apresenta uma metodologia para o estudo da transferência de calor e massa em colunas de destilação com distribuidores do tipo sprays em processos de destilação, considerando uma abordagem Euleriana-Lagrangeana. Neste tipo de abordagem, as gotas são modeladas individualmente a partir de trajetórias na fase contínua. O modelo k-e ?foi empregado para predizer o comportamento da fase vapor. O equilíbrio termodinâmico é modelado considerando a lei de Raoult. Utilizando conjuntamente conhecimentos de Termodinâmica, Processos de Separação (destilação) e de Fluidodinâmica Computacional (CFD), um modelo matemático é proposto. A aplicação das escalas características de tempo como metodologia de análise e compreensão dos resultados é proposta. / Abstract: The understanding of fluid dynamic phenomena in industrial equipments are extremely important for new projects and their optimization. Distillation columns are being used even before the XX century. Since that time many advances have happened. The literature presents different studies as far as plates or packed columns are concerned, but few attention have been done in empty section. The present study shows a methodology to study the heat and mass transfer in empty sections of distillation columns considering the Eulerian-Lagrangian approach. The Lagrangian tracking for the liquid droplets was used to predict spray distribution. The model takes into account the influence of the liquid flow within the vapor phase flow. The k-e turbulence model was applied to predict the vapor behavior. The thermodynamic equilibrium considered the Raoult's Law. Considering the different areas as thermodynamics, Separation Process (distillation) and the Computational Fluid Dynamics (CFD), a mathematical model is proposed. The time scales methodology is important as a feature to analyze and understanding the results. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química