Projetos de reatores para tratamento de águas de abastecimento e águas residuárias envolvem o conhecimento da hidrodinâmica do escoamento e das reações químicas e bioquímicas que ocorrem em seu interior. A variável hidrodinâmica pode interferir de modo significativo na eficiência da unidade, visto que ela influencia diretamente no desempenho da cinética das reações. Existem muitos reatores que operam em regime não-permanente de vazão, entretanto, são poucos os trabalhos disponíveis na literatura científica que sugerem o desenvolvimento de métodos para a avaliação da hidrodinâmica desse tipo de escoamento. A aplicação de modelos convencionais para avaliações hidrodinâmicas desses reatores é conceitualmente errada, visto que os mesmos são desenvolvidos considerando-se um regime permanente de vazão. Nesse contexto apresenta-se nesse trabalho um modelo matemático voltado para a avaliação hidrodinâmica de reatores que operam em regime não-permanente de vazão, com intuito de subsidiar as análises e previsões de seu comportamento. Foi utilizada a técnica DTR para levantamento de dados experimentais e um software de simulação numérica, o Vensim 6.3 da Ventana Systems, para auxiliar no desenvolvimento do modelo. Após a sua calibração e validação, com as devidas restrições, o modelo demonstrou ser comparativamente mais adequado para a avaliação do comportamento hidrodinâmico de reatores em condições de regime não-permanente com variação senoidal cíclica de vazão, principalmente para escoamentos que possuem tempo de detenção hidráulica relativamente baixo e amplitude de variação de vazão relativamente elevada. / Reactor designs for water supply and wastewater treatment require the knowledge of hydrodynamic and chemical reactions that occur in its interior. The hydrodynamics is very important as it interferes the efficiency of an treatment unit, since it directly influences the chemical reactions. There are many non-steady state reactors, but there are little studies about their hydrodynamic evaluation in the literature. The use of conventional models is conceptually wrong because they have been developed for steady state conditions. This work presents a mathematical model for hydrodynamic evaluation in non-steady state reactors to support analisys of these flows. The RTD technique to get experimental data and a numerical software simulation have been used as well as the Vensim 6.3 program, of Ventana Systems, to support the model development. After its the calibration and validation, the model proved to be suitable for the experimental conditions, especially for flows that have relatively low hydraulic retention time and relatively high amplitude of flow variation.

Projetos de reatores para tratamento de águas de abastecimento e águas residuárias envolvem o conhecimento da hidrodinâmica do escoamento e das reações químicas e bioquímicas que ocorrem em seu interior. A variável hidrodinâmica pode interferir de modo significativo na eficiência da unidade, visto que ela influencia diretamente no desempenho da cinética das reações. Existem muitos reatores que operam em regime não-permanente de vazão, entretanto, são poucos os trabalhos disponíveis na literatura científica que sugerem o desenvolvimento de métodos para a avaliação da hidrodinâmica desse tipo de escoamento. A aplicação de modelos convencionais para avaliações hidrodinâmicas desses reatores é conceitualmente errada, visto que os mesmos são desenvolvidos considerando-se um regime permanente de vazão. Nesse contexto apresenta-se nesse trabalho um modelo matemático voltado para a avaliação hidrodinâmica de reatores que operam em regime não-permanente de vazão, com intuito de subsidiar as análises e previsões de seu comportamento. Foi utilizada a técnica DTR para levantamento de dados experimentais e um software de simulação numérica, o Vensim 6.3 da Ventana Systems, para auxiliar no desenvolvimento do modelo. Após a sua calibração e validação, com as devidas restrições, o modelo demonstrou ser comparativamente mais adequado para a avaliação do comportamento hidrodinâmico de reatores em condições de regime não-permanente com variação senoidal cíclica de vazão, principalmente para escoamentos que possuem tempo de detenção hidráulica relativamente baixo e amplitude de variação de vazão relativamente elevada. / Reactor designs for water supply and wastewater treatment require the knowledge of hydrodynamic and chemical reactions that occur in its interior. The hydrodynamics is very important as it interferes the efficiency of an treatment unit, since it directly influences the chemical reactions. There are many non-steady state reactors, but there are little studies about their hydrodynamic evaluation in the literature. The use of conventional models is conceptually wrong because they have been developed for steady state conditions. This work presents a mathematical model for hydrodynamic evaluation in non-steady state reactors to support analisys of these flows. The RTD technique to get experimental data and a numerical software simulation have been used as well as the Vensim 6.3 program, of Ventana Systems, to support the model development. After its the calibration and validation, the model proved to be suitable for the experimental conditions, especially for flows that have relatively low hydraulic retention time and relatively high amplitude of flow variation.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:07:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7861_1.pdf: 1839302 bytes, checksum: d45d646cefa0b32ee7901ab3ec3e2c6a (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / Fornos rotativos a contato direto são equipamentos bastante utilizados na indústria em diversas aplicações. O estudo do tempo de residência das partículas nesses reatores é de fundamental importância no desenvolvimento de sistemas controlados e otimizados. No presente trabalho foi desenvolvida a técnica de distribuição dos tempos de residência (DTR) no forno rotativo em escala piloto de 5,45 m de comprimento e 0,90 m de diâmetro interno com controle computadorizado das variáveis operacionais. O forno é projetado para produção de gesso a partir de gipsita com uso de gás liquefeito de petróleo como combustível. Estudos preliminares mostraram que partículas de gipsita com diâmetro inicial inferior a 0,60 mm não apresentam variação do tamanho durante o transporte no cilindro, após calcinação numa estufa mantida a 200 ºC e no próprio forno rotativo, indicando que esta granulométria é adequada para realização de medições de DTR. A análise das DTRs, obtidas na presença de chama de combustão, mostram que as partículas apresentam menor tempo de residência médio (TRM) e maior desvio padrão da DTR, quando comparados aos resultados obtidos em forno operando em ausência de chama. Tais resultados encontram suas explicações nos fenômenos de carreamento das partículas pelo fluxo gasoso e de fluidização do colchão devido a calcinação. Observa-se, também, que o aumento da velocidade de rotação de cilindro gerou diminuição do TRM e desvio padrão da DTR. O primeiro efeito era previsto na literatura. Através da variação deste parâmetro dois produtos da calcinação foram obtidos: o gesso rápido (baixo tempo de pega) e o lento (alto tempo de pega). O segundo efeito, não previsto na literatura, é atribuído ao fenômeno de fluidização do colchão de partículas que favorece as taxas de mistura. Os resultados experimentais foram analisados com base em três modelos hidrodinâmicos: tanques em série, dispersão axial (ambos com um parâmetro) e Cholette-Cloutier Modificado (três parametros). Foi evidenciado que os modelos de um parâmetro representaram os resultados na presença de chama de combustão mais precisamente que os resultados obtidos na ausência desta. Isto pode ser explicado pela inadequação destes em representar o comportamento assimétrico de distribuições. O modelo com três parâmetros foi sataifatório para todos os resultados experimentais obtidos

This thesis deals with the extreme daily temperature range (DTR) during the period 1961-2007 for the extended winter season, based on an analysis of the daily series from 49 climatological stations in the Czech Republic. The aim of the research was to find the frequency of the extreme DTR in the individual months and describe the effect of the sunshine, the snow cover and the altitude on the magnitude of the extreme DTR. Moreover, the work focused on the identification of typical synoptic situations, during the days with extreme DTR. During the study period, 1746 days with extreme DTR were detected at least at one climatological station. The extreme DTR occurred most often in March in the anticyclonic situations. During the days with strong wind, the eastern flow direction prevailed anticyclonic situations whereas the western direction prevailed cyclonic situations. The highest values of the extreme DTR generally occurred in the lowlands since the magnitude of extreme DTR decreased with increasing altitude. In general, the values of extreme DTR were reduced (by 0,2 řC on average) during the days with snow cover. Cloud cover had a similar effect, the mean difference of extreme DTR between cloudy days (defined as days with sunshine duration less than 1 h/day) and sunny days was 0,5 řC. The acquired...

O processo de flotação por ar dissolvido antecedendo a filtração, constitui hoje técnica já consolidada para clarificação de água para abastecimento. Apesar de apresentar elevada eficiência de remoção de partículas em suspensão e das diversas vantagens associadas a sua utilização, ainda existem particularidades deste processo pouco conhecidas. Visando compreender melhor a flotação por ar dissolvido e contribuir para a otimização das unidades existentes e também nos projetos de novas unidades, foram utilizadas técnicas de fluidodinâmica computacional para estudar as condições de escoamento entre água e ar observadas numa unidade piloto de flotação. A flotação foi investigada através de simulações em ambiente de CFD, acoplado a experimentos laboratoriais em instalação piloto de flotação por ar dissolvido. Estes últimos compreenderam a execução de ensaios com traçador para obtenção das curvas de distribuição de tempo de residência na unidade em questão e também por testes com sonda do tipo Micro ADV para levantamento do perfil de velocidades de escoamento no interior da unidade piloto. Os resultados das análises experimentais com sonda Micro ADV indicaram a presença de escoamento estratificado na região superior da zona de separação da unidade piloto. As curvas de distribuição do tempo de residência apontaram para escoamento do tipo pistonado. O tempo de detenção observado nos ensaios foi de 19,29 e 18,66 minutos respectivamente para escoamento somente de água e sem recirculação e escoamento entre água e ar. As simulações em CFD confirmaram a presença de escoamento estratificado na zona de separação e também a presença de uma manta de microbolhas de ar na mesma. Os resultados foram sensíveis ao diâmetro de microbolhas testado, com maior concentração de ar na zona de separação quando testados diâmetros de microbolhas menores que 60 µm. As curvas de distribuição de tempo de residência obtidas nas simulações em CFD foram capazes de representar o escoamento entre água e ar. O tempo de detenção hidráulico simulado foi de 14,24 e 18,90 minutos respectivamente para as mesmas condições experimentais testadas. De uma maneira geral, as simulações em CFD foram capazes de reproduzir as condições de escoamento entre ar e água observadas na unidade piloto de flotação, os resultados computacionais são condizentes com aqueles obtidos nos ensaios experimentais. / The dissolved air flotation process preceding filtration, consist in established technique for clarification of water supply. Despite presenting high suspended particle removal efficiency and the various advantages associated with their use, there are still a few particularities of this process slightly unknown. To better understand the dissolved air flotation and contribute to the optimization of the existing units and also in projects of new units, computational fluid dynamics techniques were used to study the flow conditions between water and air observed in a flotation pilot plant. The flotation process was investigated in CFD environment, coupled to laboratory experiments in dissolved air flotation scale pilot plant. The latter comprised running tests with tracer to obtain the residence time distribution curves in the pilot plant, tests with micro ADV probe were also conducted for raising the flow velocity profile within the unit. The results of micro ADV experimental analyzes indicated the presence of stratified flow in the upper region of the separation zone of the pilot plant. The residence time distribution curves pointed to plug flow. The retention time observed in the experiments were 19,29 and 18,66 minutes, respectively for the flow of water only and without recirculation and flow of water and air. The CFD simulations confirmed the presence of stratified flow in the separation zone and also the presence of a microbubble air blanket therein. The results were sensitive to the diameter of microbubbles tested, with bigger air concentration in the separation zone when tested with microbubbles diameters smaller than 60 micrometers. The residence time distribution curves obtained in CFD simulations were able to represent the water and air flow. The simulated hydraulic retention times obtained were 14,24 and 18,90 minutes, respectively, for the same experimental conditions. In general, the CFD simulations were able to reproduce the flow conditions observed between air and water in the flotation pilot plant, the computational results were consistent to those obtained in the experiments.

There is a general consensus worldwide for a need to increase the capacities of transmission lines by not physically altering the transmission structures. Amidst this challenge, dynamic thermal rating (DTR) system appears as an appropriate option. Besides that, many countries have also pledged to integrate wind energy sources into their power networks. Taking these as motivations, the purpose of this thesis is to carry out the reliability analysis of DTR system for transmission lines. The two main standards - IEEE 738 and CIGRE, use for calculating the line rating of overhead lines has been analysed and compared. It was demonstrated that the two standards yield insignificant differences in their calculated line ratings. A new methodology that can systematically assess the reliability and risk of any DTR system designs was proposed in this thesis. In the reliability assessment part, methods such as the event tree analysis (ETA), risk reduction worth (RRW) and wide range method (WRM) were used. The risks of DTR systems were evaluated by implementing them in the IEEE 24-bus reliability test network (RTN). The network's loss of load and the percentages of the conductor loss of tensile strength constitute the risks of DTR systems. In the risk assessment part, a multiple-linear regression (MLR) model was proposed to estimate missing weather values during the failure of DTR sensors. Results in this thesis show that the MLR model is accurate and has only estimation error of less than 6%. It avoids overestimating the risk of DTR systems. An optimum DTR system design was also selected. The strategic placement of DTR sensors along a transmission line is an important reliability issue too. Hence, a new DTR sensor placement algorithm that considers the effects of DTR system ratings on the amount of line sagging, conductor annealing and the correlation between DTR system ratings and actual line ratings was proposed. Results in this thesis show that the newly proposed algorithm outperforms the currently published algorithm in terms of causing no spans to sag beyond their ground clearance limits and all spans experience lesser annealing effects. The 2-dimensional movement of line spans in their longitude and latitude directions, which the currently published algorithm also lacks, are considered in the proposed algorithm. This thesis also investigates the reliability behaviours of a power network that has DTR systems and wind farms. The proposed methodology for achieving that considers the reliability of transmission lines, DTR systems, conventional generators and wind turbines. The chronological behaviour of DTR ratings and wind farm power outputs was modelled using the auto-regressive and moving-average (ARMA) model. The correlations between the ARMA models were also considered. Results in this thesis show that by considering the correlation effects, the network's reliability indices are not over and under estimated. A new reliability index for describing the amount of wind power integration named as Expected Wind Power Delivered (EWPD) was proposed as well.

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abstract: The spread of dengue worldwide currently places half of the world’s population at risk. In the absence of a dengue vaccine, control of the disease requires control of the mosquito species that transmit the virus. The most important of these is. Advances in research detailing the responsiveness of Aedes aegypti to small changes in climate enable the production of more sophisticated remote sensing and surveillance techniques for monitoring these populations. Close monitoring of global dengue activity and outbreaks likewise enables a greater specificity when determining to which human populations the virus is most likely to spread. There have been no locally acquired cases in Arizona to date, but the high abundance of Aedes aegypti in the Phoenix Metropolitan area raises concern within the Arizona Department of Health Services over the potential transmission of dengue in the city. This study develops a model that combines mosquito abundance, micro-climatic and demographic information to delineate regions in Phoenix that are most support transmission of dengue. The first chapter focuses on the impact that daytime high and low temperatures have on Aedes aegypti’s ability to become infectious with dengue. It argues that NDVI (normal difference vegetative index) imaging of the Phoenix area can be used to plot areas where mosquitoes are most likely to become competent vectors. The second chapter focuses on the areas in the city where mosquitoes are most likely to be exposed to the virus. Based on proximity to Phoenix and the high volume of traffic across the Arizona-Mexico border, I treat the Mexican state of Sonora as the source of infection. I combine these two analyses, micro-climatic and demographic, to produce maps of Phoenix that show the locations with the highest likelihood of transmission overall. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Biology 2016

O processo de flotação por ar dissolvido antecedendo a filtração, constitui hoje técnica já consolidada para clarificação de água para abastecimento. Apesar de apresentar elevada eficiência de remoção de partículas em suspensão e das diversas vantagens associadas a sua utilização, ainda existem particularidades deste processo pouco conhecidas. Visando compreender melhor a flotação por ar dissolvido e contribuir para a otimização das unidades existentes e também nos projetos de novas unidades, foram utilizadas técnicas de fluidodinâmica computacional para estudar as condições de escoamento entre água e ar observadas numa unidade piloto de flotação. A flotação foi investigada através de simulações em ambiente de CFD, acoplado a experimentos laboratoriais em instalação piloto de flotação por ar dissolvido. Estes últimos compreenderam a execução de ensaios com traçador para obtenção das curvas de distribuição de tempo de residência na unidade em questão e também por testes com sonda do tipo Micro ADV para levantamento do perfil de velocidades de escoamento no interior da unidade piloto. Os resultados das análises experimentais com sonda Micro ADV indicaram a presença de escoamento estratificado na região superior da zona de separação da unidade piloto. As curvas de distribuição do tempo de residência apontaram para escoamento do tipo pistonado. O tempo de detenção observado nos ensaios foi de 19,29 e 18,66 minutos respectivamente para escoamento somente de água e sem recirculação e escoamento entre água e ar. As simulações em CFD confirmaram a presença de escoamento estratificado na zona de separação e também a presença de uma manta de microbolhas de ar na mesma. Os resultados foram sensíveis ao diâmetro de microbolhas testado, com maior concentração de ar na zona de separação quando testados diâmetros de microbolhas menores que 60 µm. As curvas de distribuição de tempo de residência obtidas nas simulações em CFD foram capazes de representar o escoamento entre água e ar. O tempo de detenção hidráulico simulado foi de 14,24 e 18,90 minutos respectivamente para as mesmas condições experimentais testadas. De uma maneira geral, as simulações em CFD foram capazes de reproduzir as condições de escoamento entre ar e água observadas na unidade piloto de flotação, os resultados computacionais são condizentes com aqueles obtidos nos ensaios experimentais. / The dissolved air flotation process preceding filtration, consist in established technique for clarification of water supply. Despite presenting high suspended particle removal efficiency and the various advantages associated with their use, there are still a few particularities of this process slightly unknown. To better understand the dissolved air flotation and contribute to the optimization of the existing units and also in projects of new units, computational fluid dynamics techniques were used to study the flow conditions between water and air observed in a flotation pilot plant. The flotation process was investigated in CFD environment, coupled to laboratory experiments in dissolved air flotation scale pilot plant. The latter comprised running tests with tracer to obtain the residence time distribution curves in the pilot plant, tests with micro ADV probe were also conducted for raising the flow velocity profile within the unit. The results of micro ADV experimental analyzes indicated the presence of stratified flow in the upper region of the separation zone of the pilot plant. The residence time distribution curves pointed to plug flow. The retention time observed in the experiments were 19,29 and 18,66 minutes, respectively for the flow of water only and without recirculation and flow of water and air. The CFD simulations confirmed the presence of stratified flow in the separation zone and also the presence of a microbubble air blanket therein. The results were sensitive to the diameter of microbubbles tested, with bigger air concentration in the separation zone when tested with microbubbles diameters smaller than 60 micrometers. The residence time distribution curves obtained in CFD simulations were able to represent the water and air flow. The simulated hydraulic retention times obtained were 14,24 and 18,90 minutes, respectively, for the same experimental conditions. In general, the CFD simulations were able to reproduce the flow conditions observed between air and water in the flotation pilot plant, the computational results were consistent to those obtained in the experiments.

O aprimoramento dos meios para obtenção do bioetanol a partir de diferentes tipos de biomassa traz novos problemas e desafios para a engenharia. O Brasil, devido a fatores climáticos e uma produção de etanol a partir da cana de açúcar já estabilizada, possui uma posição mundial vantajosa na produção sucroalcooleira. Otimizar os meios já existentes e os em desenvolvimento pode não somente aumentar a eficiência da produção, como também reduzir os impactos ambientais causados pelo modelo de produção atualmente utilizado. O processo de fermentação é utilizado tanto na produção de etanol de primeira como de segunda geração, portanto melhorias no desempenho dos fermentadores contribui de maneira significante para o melhor aproveitamento da matéria prima. Diversas tentativas de melhorias são apresentadas na literatura, principalmente por meio do estudo de parâmetros do escoamento que podem influenciar o processo fermentativo, como tensão de cisalhamento, perfis de velocidade e tempo de residência, assim como a influência da geometria do fermentador sobre esses parâmetros. Em alguns estudos, algoritmos de otimização são utilizados para determinar os melhores coeficientes das reações químicas, mas não há estudos, até o momento, que proporcionem otimização simultânea dos parâmetros da geometria e do escoamento em um fermentador contínuo, presentes em cerca de 30% das usinas brasileiras. O objetivo deste trabalho é obter os parâmetros geométricos ideais para um fermentador contínuo, de forma a minimizar a tensão de cisalhamento a variância da distribuição de tempos de residência (DTR) no fermentador. O Ansys CFX® foi utilizado como ferramenta na simulação computacional do escoamento. As geometrias dos fermentadores ideais para cada um dessas análises, obtidas utilizando Algoritmos Genéticos e otimização univariada, respectivamente, foram propostas neste estudo. / The enhancement of bioethanol production means from different types of biomass presents significant problems and engineering challenges. Due to climate and a well-established sugar-cane ethanol production, Brazil is in a privileged position in the global ethanol production scenario. Providing effective means to optimize existing production methods can both improve the efficiency and reduce the environmental impact of the currently used production model. Improvements on this process can have a significant effect in several stages of production, once the production process is used both for first and second-generation ethanol. Several attempts to improve the ethanol production process are presented in the literature. Most studies have investigated how to improve parameters such as shear stress, velocity profiles and residence time, and of the influence of the bioreactor geometry on the parameters. The use of genetic algorithms has been reported in some cases, but there have not been reports on studies combining the optimization of flow parameters and algorithms to choose ideal geometric parameters for continuous fermenters, used in 30% of Brazilian industries in the field. The main aim of this study is to obtain ideal geometric parameters for a continuous fermenter, in order to maximize or minimize flow parameters that can influence on the fermenting process. The aim of this study is obtain the ideal geometry parameters for a continuous fermenter, minimizing two of flow parameters which can influence the fermentation process, namely the shear stress and the variance of residence time distribution (RTD). The flow parameters was obtained by computational fluid dynamics. The ideal fermenter geometries was obtained by two different optimization methods: the genetic algorithms and univariate optimization. The ideal geometries was proposed in this study.