Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Nos últimos tempos o Brasil vem desenvolvendo um crescimento significativo em diferentes campos da indústria. Isto tem gerado a necessidade de novas e diferentes obras civis as quais trazem importantes desafios para a engenharia brasileira. Centrais nucleares, oleodutos, gasodutos, adutoras de barragens e outras construções de grande porte são alguns dos projetos que requerem a utilização de sistemas hidráulicos de diferentes tamanhos, materiais e dispositivos que variam de acordo com os requisitos e utilidades. A análise de escoamentos em regime transiente é um dos principais itens no planejamento de projetos de sistemas de transportes de fluidos (líquido e/ou gás). O aumento das pressões nas tubulações pode gerar risco no funcionamento normal das mesmas, gerando danos parciais ou totais (onde se inclui o colapso do sistema), trazendo graves consequências como: contaminação do ambiente, perdas econômicas ou ainda a perda de vidas humanas (explosão de sistemas com líquido inflamável). A abordagem consiste em estudar o fenômeno transiente em dutos forçados através da análise das ondas de pressão do fluido utilizando o Método das Características onde a solução se procedeu mediante o método das diferenças finitas. Tais métodos foram desenvolvidos no programa computacional TRANSPETRO-1D (Nascimento, 2002) no qual se fizeram algumas implementações de acordo as investigações realizadas. Para este trabalho, foram executadas simulações com o intervalo de valores de cada uma das principais propriedades mecânicas e físicas do duto e do fluido, juntamente com as condições de contorno envolvidas no sistema, tais como válvulas, inclinação do duto, chaminé de equilíbrio, entre outras. Os resultados obtidos mostraram boa concordância com as formulações analíticas e dados experimentais encontrados na literatura. / In recent times, Brazil has experienced significant growth in different industrial fields. This has created the need for new and different civil works presenting important challenges to the Brazilian engineering. Nuclear power plants, pipelines, gas pipelines, hydroelectric power plants and other major buildings are some of the projects that require the use of hydraulic systems of different sizes, materials and devices that vary according to the requirements and utilities. The flow analysis in transient regime is one of the main items in the planning of fluid transport systems projects (liquid and / or gas). Increased pressure in the pipes can generate risk in the normal functioning, generating partial or total damage (system breakdown). This can result in serious consequences such as economic loss, environmental pollution, or the loss of human lives (explosion systems with flammable liquid). The present numerical study of transient phenomenon in forced ducts. The study fluid pressure waves by characteristics method. The numerical solution was carried out by the finite difference method. Such methods have been developed in the computer program TRANSPETRO-1D (Nascimento, 2002) according to investigations some implementations were made in this. The present work, simulations were performed with the range of values of each of the main mechanical and physical properties of the fluid and duct and together with the boundary conditions involved in the system such as valves, tilt duct, surge tank, among others. The results supported the analytical formulations and experimental data in the literature.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

A retenção de particulados oriundos da combustão apresenta-se como um dos maiores problemas em sistemas de geração de energia a partir de carvão (IGCC), e tem como principais objetivos evitar incrustações e minimizar as emissões de poluentes atmosféricos. Para a remoção destes gases e particulados tem se mostrado conveniente a utilização de tecnologias de remoção que não utilizem água como veículo, o que reduziria o impacto ambiental e os custos para o tratamento dos efluentes gerados. Dentro destas características se enquadram os filtros granulares de leito fixo ou móvel. A proposta deste trabalho consiste no estudo de um filtro granular de leito fixo inicialmente em escala de bancada para futura remoção de material particulado seco oriundo da queima do carvão. Primeiramente foi feito um estudo do modelo do filtro utilizando o simulador comercial ANSYS CFX 11.0, como ferramenta computacional. Neste estudo foi possível verificar a perda de carga do leito, a velocidade do gás na entrada do leito, linhas de corrente do gás e pontos de turbulência e recirculação anterior à experimentação. A partir destes resultados preliminares foi possível a continuação do trabalho experimental que se deu em 3 etapas. A primeira foi o cálculo do perfil de velocidade do gás, a segunda a calibração da placa de orifício, instrumento de medida de velocidade e, por fim, as medias de perda de carga por diferença de pressão. Com os dados coletados calculou-se a permeabilidade hidráulica do leito, valor este aplicado ao modelo computacional para comparação com a permeabilidade teórica. Os resultados finais de perda de carga para o filtro, principal objetivo do trabalho, estão dentro do esperado e torna possível a continuidade do projeto para estudos futuros. / The particulate retention from combustion is presented with one of the biggest problems in systems of power generation from coal (IGCC), and has as main objectives to avoid fouling and minimize emissions of air pollutants. For the removal of these gases and particles has been shown convenient to use removal technologies that do not use water as a vehicle, which would reduce the environmental impact and costs for the treatment of effluents. In these characteristics are framed the fixed bed granular filter or moving bed granular filter. The purpose of this work is to study a fixed-bed granular filter initially in bench scale, for future removal of dry particulate material derived from burning coal. First a study was made of the filter model using the commercial simulator ANSYS CFX 11.0 as a computational tool. In this study it was possible to verify the pressure drop of the bed, the gas velocity at the entrance of the bed, current lines and gas recirculation and turbulence points before the experimentation. From these preliminary findings, it was possible to further experimental work was made in three steps. The first was the calculation of the velocity profile of the gas, the second orifice plate calibration, the measuring instrument speed, and finally the medium pressure drop by the pressure difference. With the collected data used to calculate the hydraulic permeability of the bed, a value applied to the computational model for comparison with theoretical permeability. The final results of loss for the filter, the main objective of this study are as expected and makes possible the continuation of the project for future studies.

A indústria automotiva vem dando muita atenção à área de dinâmica dos fluidos computacional, pois simular os efeitos do escoamento em geometrias automobilísticas ou através de peças componentes do motor vem a auxiliar na concepção dos projetos. Com o estudo da dinâmica dos fluidos, criar protótipos e realizar testes experimentais exaustivamente já não é necessário, o que implica em diminuir os custos de projeto. O presente trabalho consiste em modelar o escoamento através de um coletor semelhante ao presente num motor. O modelo é composto pelas equações de conservação da massa e de Navier-Stokes, sujeitas a condições iniciais e de contorno apropriadas. Elas são transformadas para o sistema de coordenadas generalizadas, discretizadas em diferenças finitas e, iterativamente, obtém-se as componentes do vetor velocidade satisfazendo a pressão em todo o domínio. Os resultados obtidos comparam adequadamente com dados experimentais e analíticos encontrados na literatura. / The automotive industry is paying more attention at computational fluid dynamics nowadays, because to simulate the flow over automobile geometries or engine components helps the design of such components. With the fluid dynamics analysis many experimental tests are not more necessary, reducing design costs. The aim of the present work is to model the flow through an intake system similar to the one found in an engine. The model is based on the mass conservation and N-Stokes equations, submitted to appropriate initial and boundary conditions. They are transformed into their generalized form, aproximated by finite differences and solved (iteratively) in order to obtain velocity fields satisfying pressure gradients over all domain. Obtained results showed to compare well with numerical and analytical data found in the literature.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-09-01T04:02:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 333870.pdf: 3803558 bytes, checksum: 33cfedca39eb7137b06558b30d904801 (MD5) Previous issue date: 2014 / A exploração de petróleo offshore em profundidade está sujeita à ocorrência de vazamento de óleo tanto em diversas situações. A caracterização das propriedades do sistema óleo /água envolvendo viscosidade, tensão interfacial e densidades, além do estudo dos padrões de escoamento desse tipo de sistema imiscível, é de extrema importância para a definição de estratégias e desenvolvimento de tecnologias aptas a lidar com vazamentos de óleo submersos. Com essa motivação, desenvolve-se um estudo do escoamento óleo/água a partir de experimentos e de simulação CFD (Fluidodinâmica Computacional) em geometria tridimensional. Além das equações de Navier-Stokes e da equação da conservação da massa, emprega-se o método Level set para acompanhamento da interface água/óleo e a técnica numérica de elementos finitos. Os experimentos consistiram na injeção óleo em meio submerso, por meio de duas geometrias, a 22°C. Testou- se três óleos e dois meios contínuos. As simulações reproduziram adequadamente o comportamento experimental, com formação de fios, gotejamento e ascensão das gotas. O diâmetro médio das gotas simuladas apresentou um atingimento acima de 88% com relação aos dados experimentais. Pode-se observar que o aumento da vazão do óleo provoca um aumento da altura de gotejamento e tempo entre liberação de gotas ao mesmo tempo em que leva a uma pequena redução no diâmetro das gotas. Em geral, o modelo reproduziu adequadamente o tamanho das gotas. De fato, os maiores desvios foram encontrados para a altura de gotejamento, a qual está relacionada ao tempo entre liberação de gotas. Para o bocal em forma de fenda, realizando-se tanto ensaios experimentais como simulações. Os resultados de simulação mais uma vez estiveram em boa sintonia com o comportamento fluidodinâmico observado nos experimentos. Atestando a pertinência da metodologia utilizada e estabelecendo este tipo de modelo como um excelente ponto de partida para a consideração de problemas de escoamento de óleo submerso segundo uma abordagem tridimensional.<br> / Abstract: The offshore oil exploration in depth is subject to the occurrence of oil leakage both in different situations. The characterization of the properties of the oil / water system involving viscosity, density and interfacial tension and the study of the flow patterns of such immiscible system is extremely important for the definition of strategies and develop technologies suitable to deal with oil spills submerged. With this motivation, develops a study of the flow oil / water from experiments and simulation CFD (Computational Fluid Dynamics) in three-dimensional geometry. In addition to the Navier-Stokes and conservation of mass equation, uses the Level-set method for monitoring the interface water / oil and numerical finite element technique. The experiments consisted in injecting oil under water by means of two geometries at 22 ° C. Three oils was tested and two continuous media. The simulations adequately reproduced the experimental behavior with yarn formation, drip and rise of drops. The mean diameter of droplets presented a simulated reaching above 88% when compared to the experimental data. It can be seen that increasing the oil flow causes an increased dropping point and time between the release of drops at the same time leads to a small reduction in droplet diameter. In general, this model adequately reproduced droplet size. In fact, the greatest deviations were found to drip point, which is related to the time between the release of droplets. For the slit-shaped nozzle, performing both experimental tests and simulations. The simulation results again were in good harmony with the fluid dynamic behavior observed in the experiments. Confirming the relevance of the methodology used and establishing this type of model as an excellent starting point for consideration of submerged oil flow problems according to a three-dimensional approach.

MAIONCHI, Daniela de Oliveira. Um modelo para formação de padrões em processos de erosão - deposição. 2008. 127 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-05T16:37:21Z No. of bitstreams: 1 2008_tese_domaionchi.pdf: 18670944 bytes, checksum: 7aceca8e273d2612a524a987eac7fd3d (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T16:56:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_tese_domaionchi.pdf: 18670944 bytes, checksum: 7aceca8e273d2612a524a987eac7fd3d (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T16:56:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_tese_domaionchi.pdf: 18670944 bytes, checksum: 7aceca8e273d2612a524a987eac7fd3d (MD5) Previous issue date: 2008 / Neste trabalho, estudamos a formação de padrões através de simulações computacionais. Propomos um modelo que descreve o processo de erosão-deposição em um sistema de monocamada. Analisamos o processo de erosão existente na natureza sob o ponto de vista microscópico, ou seja, consideramos um meio granular com partículas esféricas bem definidas. Um fluido escoa através desse sistema devido a um gradiente de pressão. Utilizamos o software FLUENT para determinar o perfil de velocidade e o fluxo do fluido na rede de capilares gerada entre as partículas e, conseqüentemente, a permeabilidade de cada canal do sistema. Consideramos que a única força que age sobre cada partícula se deve ao fluido e é dada pela Lei de Stokes. Ao deslocarmos todas as partículas do sistema, fazemos duas considerações distintas quanto a interação entre elas: na primeira, o atrito entre os grãos é grande e na segunda, o atrito é nulo. Conforme o sistema evolui no tempo, os padrões obtidos dependem da porosidade considerada. Os padrões obtidos com a primeira consideração são semelhantes a alguns padrões já obtidos experimentalmente, enquanto a formação de canais observada com a segunda consideração é consistente com o que é observado em diversos fenômenos naturais.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:41:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339519.pdf: 13007536 bytes, checksum: 9af518804aa14219849a294f23558e33 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho apresenta um estudo e metodologia para analisar o desempenho de precipitadores eletrostáticos (PES). No intuito de otimizar o tempo computacional para aplicações em escala real, adotou-se a formulação fluidodinâmica multifásica contínua (MCFD) para obtenção das principais grandezas mecânicas do processo de limpeza de gases em PES. Outra parte do método calcula as grandezas elétricas, campo e potencial elétrico, a densidade de carga e de corrente e baseia-se no Método de Simulação de Cargas (MSC). Estes dois métodos são acoplados para avaliar o desempenho em alguns estudos de casos em PES de pequena e grande escala. Apresentam-se também, alguns procedimentos adotados para medir as principais propriedades que afetam a eficiência nos PES, como é o caso do diâmetro das partículas, a resistividade e a constante dielétrica de cinzas leves. Medições destas propriedades são realizadas e incluídas num dos estudos de caso dos PES simulados para uma usina termelétrica brasileira. Os resultados das simulações são comparados com os obtidos a partir de dados reais e de referências bibliográficas. As simulações apresentam resultados muito próximos aos obtidos a partir das referências citadas e também aos da planta real.<br> / Abstract: This work presents a methodology to study and analyze the performance of electrostatic precipitators (PES). In order to optimize the computational time for applications in real scale, it was adopted the continuous multiphase fluid dynamics formulation (MCFD) to obtain the mechanical quantities of interest in the gas cleaning process in PES. Another part of the method calculates the electrical quantities, field and electric potential, charge density and current and it is based on the Charge Simulation Method (MSC). These two methods are coupled to evaluate the performance of some case studies for ESPs in small and large scale. Some procedures are adopted to measure the most important properties affecting the efficiency of the PES, as the particle diameter, the resistivity and the dielectric constant of fly ash are also presented. These measurements are included in a model of coal-red power plant. The simulation results of these case studies are compared with those obtained from real data and different references. The simulations show results similar to those obtained in the cited references and also to the coal-fired power plant.

A retenção de particulados oriundos da combustão apresenta-se como um dos maiores problemas em sistemas de geração de energia a partir de carvão (IGCC), e tem como principais objetivos evitar incrustações e minimizar as emissões de poluentes atmosféricos. Para a remoção destes gases e particulados tem se mostrado conveniente a utilização de tecnologias de remoção que não utilizem água como veículo, o que reduziria o impacto ambiental e os custos para o tratamento dos efluentes gerados. Dentro destas características se enquadram os filtros granulares de leito fixo ou móvel. A proposta deste trabalho consiste no estudo de um filtro granular de leito fixo inicialmente em escala de bancada para futura remoção de material particulado seco oriundo da queima do carvão. Primeiramente foi feito um estudo do modelo do filtro utilizando o simulador comercial ANSYS CFX 11.0, como ferramenta computacional. Neste estudo foi possível verificar a perda de carga do leito, a velocidade do gás na entrada do leito, linhas de corrente do gás e pontos de turbulência e recirculação anterior à experimentação. A partir destes resultados preliminares foi possível a continuação do trabalho experimental que se deu em 3 etapas. A primeira foi o cálculo do perfil de velocidade do gás, a segunda a calibração da placa de orifício, instrumento de medida de velocidade e, por fim, as medias de perda de carga por diferença de pressão. Com os dados coletados calculou-se a permeabilidade hidráulica do leito, valor este aplicado ao modelo computacional para comparação com a permeabilidade teórica. Os resultados finais de perda de carga para o filtro, principal objetivo do trabalho, estão dentro do esperado e torna possível a continuidade do projeto para estudos futuros. / The particulate retention from combustion is presented with one of the biggest problems in systems of power generation from coal (IGCC), and has as main objectives to avoid fouling and minimize emissions of air pollutants. For the removal of these gases and particles has been shown convenient to use removal technologies that do not use water as a vehicle, which would reduce the environmental impact and costs for the treatment of effluents. In these characteristics are framed the fixed bed granular filter or moving bed granular filter. The purpose of this work is to study a fixed-bed granular filter initially in bench scale, for future removal of dry particulate material derived from burning coal. First a study was made of the filter model using the commercial simulator ANSYS CFX 11.0 as a computational tool. In this study it was possible to verify the pressure drop of the bed, the gas velocity at the entrance of the bed, current lines and gas recirculation and turbulence points before the experimentation. From these preliminary findings, it was possible to further experimental work was made in three steps. The first was the calculation of the velocity profile of the gas, the second orifice plate calibration, the measuring instrument speed, and finally the medium pressure drop by the pressure difference. With the collected data used to calculate the hydraulic permeability of the bed, a value applied to the computational model for comparison with theoretical permeability. The final results of loss for the filter, the main objective of this study are as expected and makes possible the continuation of the project for future studies.

A indústria automotiva vem dando muita atenção à área de dinâmica dos fluidos computacional, pois simular os efeitos do escoamento em geometrias automobilísticas ou através de peças componentes do motor vem a auxiliar na concepção dos projetos. Com o estudo da dinâmica dos fluidos, criar protótipos e realizar testes experimentais exaustivamente já não é necessário, o que implica em diminuir os custos de projeto. O presente trabalho consiste em modelar o escoamento através de um coletor semelhante ao presente num motor. O modelo é composto pelas equações de conservação da massa e de Navier-Stokes, sujeitas a condições iniciais e de contorno apropriadas. Elas são transformadas para o sistema de coordenadas generalizadas, discretizadas em diferenças finitas e, iterativamente, obtém-se as componentes do vetor velocidade satisfazendo a pressão em todo o domínio. Os resultados obtidos comparam adequadamente com dados experimentais e analíticos encontrados na literatura. / The automotive industry is paying more attention at computational fluid dynamics nowadays, because to simulate the flow over automobile geometries or engine components helps the design of such components. With the fluid dynamics analysis many experimental tests are not more necessary, reducing design costs. The aim of the present work is to model the flow through an intake system similar to the one found in an engine. The model is based on the mass conservation and N-Stokes equations, submitted to appropriate initial and boundary conditions. They are transformed into their generalized form, aproximated by finite differences and solved (iteratively) in order to obtain velocity fields satisfying pressure gradients over all domain. Obtained results showed to compare well with numerical and analytical data found in the literature.