Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:24:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 322464.pdf: 2616767 bytes, checksum: 31895c3b1e5ee9a215080094a9e6b80e (MD5) Previous issue date: 2013 / No mercado atual, competitivo e globalizado, é importante agregar rentabilidade às unidades de negócios através do desenvolvimento de soluções tecnológicas diferenciadas. Neste sentido, a adequação da produção de derivados de petróleo extraído deve ser realizada de maneira competitiva, com a integração e a otimização de toda a cadeia produtiva. Dentre as formas para alcançar estes objetivos destacam-se a redução do custo de fracionamento e o desenvolvimento de novas concepções de equipamentos. Estes dois fatores podem ser obtidos quando implementada uma maneira alternativa de troca de calor e massa entre as fases em um processo de destilação, que permita a redução do consumo energético e aumente a eficiência de separação. Desta maneira a destilação por filme líquido é uma opção para otimizar a transferência de calor e massa devido a grande área de contanto. As principais dificuldades para este processo são a seleção e localização adequada do sistema de distribuição de alimentação, os limites das vazões de alimentação para maximizar a transferência de calor e massa, o layout do tubo de destilação para escoamento das fases líquida e vapor, além da modelagem para estudar a capacidade de separação do processo e sua viabilidade. O objetivo deste trabalho foi o estudo fluidodinâmico e avaliação da eficiência do sistema de distribuição de alimentação (SDA) sobre o processo de destilação por filme líquido descendente. Com posterior avaliação da eficiência deste sobre o processo de destilação com dois perfis de temperatura distintos, isotérmico e não isotérmico, na superfície de evaporação utilizando-se fluidodinâmica computacional (CFD). A técnica de CFD é uma importante e poderosa ferramenta para pesquisa e desenvolvimento de processos de engenharia. Neste trabalho utilizou-se um modelo tridimensional de colunas de destilação por filme líquido. O trabalho foi dividido em três partes: desenvolvimento e estudo de refino da malha numérica visando diminuir os efeitos de difusão numérica para obtenção de resultados mais acurados com menor tempo e custo computacional, análise do escoamento e avaliação do SDA desenvolvido na formação e manutenção do filme líquido descendente sobre a superfície de evaporação (CFD e experimental) e validação dos modelos propostos para avaliação da eficiência do DAS sobre a capacidade de separação da unidade de destilação por filme líquido descendente utilizando-se dois perfis de temperatura. As simulações foram realizadas considerando escoamento multifásico, modelo de turbulência Shear Stress Transport (SST) e esquema de interpolação upwind. Os resultados obtidos demonstram a eficiência e viabilidade de utilização do SDA desenvolvido sobre a capacidade de separação da unidade de destilação por filme líquido descendente. O modelo tridimensional proposto foi capaz de prever os resultados de separação da unidade com erro relativo máximo de 10%. <br> / In the current, competitive and globalized market, it is important to aggregate profitability to business units by developing new and different technological solutions. In this sense, the adequacy of manufacturing of products deriving from petroleum extracted must be carried out in a competitive way, with the integration and optimization of the whole production chain. Among the ways to reach these goals it is possible to highlight the fractioning cost reduction and the development of new conceptions of equipments. These two factors can be obtained when a new way of heat and mass exchange is implemented between the stages of a distillation process, which allows the reduction of energetic consummation and increases the separation efficiency. In this way, the distillation through liquid film is an option in order to optimize heat and mass transference due to its great area of contact. The main difficulties for this process are the adequate sealing and location of the feeding distribution system, the limits of the feeding flow rate in order to maximize the heat and mass transference, the layout of the distillation tube for the flowing of the liquid and vapor stages, besides modeling, in order to study the separation capacity of the process and its viability. Therefore, this paper aims to design and build a distillation system by descending liquid film, with posterior evaluation of its efficiency on the distillation process with two distinct temperature profiles, isothermal and non-isothermal one, on the evaporation surface by using computational fluid dynamics (CFD). The CFD technique is an important and powerful tool for research and development of the engineering process. In this paper a tridimensional model of distillation columns through liquid film was used. The paper was divided into three parts: development and study of the refine of the numerical grid, aiming to decrease the effects of numeric diffusion in order to obtain more accurate results in a shorter time and computational effort, analysis of flowing and evaluation of SDA developed on the formation and maintenance of the descending liquid film on the evaporation surface (CFD and experimental) and validation of the models proposed for evaluating the SDA efficiency on the separation capacity of the distillation unit through descending liquid film, by using two temperature profiles. The simulations were carried out considering the multiphase flowing, turbulence model Shear Stress Transport (SST) and upwind interpolation scheme. The results obtained show the efficiency and viability of using SDA developed on the capacity of separation of the distillation unit through descending liquid film. The tridimensional model proposed was able to predict the results of the separation of the distillation unit with relative error of 10% maximum.

Orientador: Eugenio Spano Rosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T14:58:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_LourencoGobira_M.pdf: 4043563 bytes, checksum: 2103cfab5b11a0211755324a0f6a0a81 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: A literatura especializada em escoamentos é rica em trabalhos experimentais e numéricos sobre escoamentos forçados em dutos curvos e helicoidais. No entanto não foi encontrado pelo autor dados experimentais ou numéricos sobre escoamentos em canais helicoidais com superficie livre. O presente trabalho realizou uma série de 18 testes experimentais, utilizando dois canais diferentes e quatro fluidos de trabalho, mediu a posição da interface e a vazão em cada escoamento e estimou a velocidade média e o fator de atrito correspondente. Variando a curvatura e a torção do canal, a densidade, viscosidade e vazão dos fluidos de trabalho obteve uma variação do número de Reynolds, Re, de 45 100000 caracterizando escoamentos tanto larninares quanto turbulentos. Baseados nos resultados experimentais propôs uma correlação para a razão entre o fator de atrito calculado e o fator de atrito para tubo reto, felf" baseado no número de Dean, De. A técnica de medição mostrou-se adequada para o escoamentos em canais helicoidais principalmente com altos valores de Reynolds. A forma da interface mostrou-se muito mais inclinada nos escoamentos turbulentos do que nos escoamentos laminares. A correlação para o fator de atrito mostrou boa concordância com os dados experimentais. Para todos os casos a correlação apontou fclf;; > 1, que está de acordo com o efeito provocado pela curvatura do canal / Abstract: The specialized literature in fluid flow has many numeric and experimental works on forced fluid flow in curved and helical ducts. The author has not found any experimental or numerical data in helical channels fluid flow with free surface. The present work accomplished a 18 experimental tests, using two different helical channels and four different fluids, it measured the interface position at each test and estimated the average of velocity and the friction factor at each test. Varying the curvature and the torsion channel, density, viscosity and flow rate of the fluids it was obtained a Reynolds number ranging ITom 45 to 100000 characterizing 9 laminar flow tests and 9 turbulent flow tests. Using the experimental results it was proposed a correlation for ratio between the calculated friction factor and the friction factor for straight tube, fc/fs, based on the Dean number, De. The measurement technique has shown to be adequate for the fluid flow in helical channels mainly to the flows with high Reynolds number. The obtained interface shape was very more inclined in turbulent flows than in laminar flow. The friction factor correlation is in good agreement with experimental results. For all the cases a fc/fs> 1 appeared, that is in agreement with the effect provoked by the channel curvature / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Eugenio Spano Rosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T04:17:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morandin_MarceloLuiz_M.pdf: 6899296 bytes, checksum: 3abf17e0fd6016b0fea94b6bccdb6487 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: O estudo desenvolvido têm como tema central separadores cic1ônicos gás-líquido. Mais precisamente, procura-se caracterizar experimentalmente e desenvolver um modelo que possa prever o comportamento do escoamento de líquido que se desenvolve na forma de um filme de espessura reduzida sob a ação combinada dos campos centrífugo e gravitacional de forças, sendo esta uma das principais características dos separadores ciclônicos. Para tal, utiliza-se de duas técnicas experimentais para determinação direta da espessura média do filme de líquido: sonda de condutância e ultra-som. Por meio de visualização o ângulo que o filme faz com a horizontal também é determinado experimentalmente. Uma combinação destas variáveis experimentais permite uma determinação indireta das componentes axial e tangencial da velocidade média local do filme. Um modelo é desenvolvido a partir das equações de camada limite na forma integral tomada em termos médios num sistema cilíndrico de coordenadas e sob a hipótese de escoamento axisimétrico. São realizadas comparações entre as técnicas experimentais empregadas e os dados utilizados para validar o modelo proposto / Abstract: The work is applied to the gas-liquid separator field and focus on the hydrodynamics aspects of the developing liquid film under the action of centrifugal and gravitational force fields. The main objective is to characterize experimentally the liquid film and develop a model capable to predict the average film quantities. Toward this objective two experimental techniques are employed to measure the average film thickness distribution: a conductive probe and ultrasound. AIso, using flow visualization the angle of the film with respect to the horizontal is determined. Using these two experimentally variable and the mass flow rate, the axial and tangentiallocal average film velocity is indirectly achieved. The flow modei developed is based on the integral form of the boundary layer equations in a cylindrical coordinate system and assuming axis-symmetric flow. A direct comparison between the film thickness experimental techniques is drawn as well as the model validation is conducted against the experimental data / Mestrado / Fenomenos de Transporte / Mestre em Engenharia Mecânica