Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-06T20:51:09Z No. of bitstreams: 1 Jobsan Sueny de Sousa Santos – TESE (PPGEP) 2015.pdf: 5161908 bytes, checksum: e975dfcb56689717b5c8ae2d7d2ddb31 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-06T20:51:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jobsan Sueny de Sousa Santos – TESE (PPGEP) 2015.pdf: 5161908 bytes, checksum: e975dfcb56689717b5c8ae2d7d2ddb31 (MD5) Previous issue date: 2015-07-31 / A contaminação do solo e das águas subterrâneas é uma preocupação crescente, visto as atividades que a desencadeiam estarem em processo de crescimento acelerado. Como exemplo, pode-se citar o vazamento em lagoas de estabilização. Tal vazamento pode se dar por rachaduras ou fissuras na base da lagoa, as quais podem estar localizadas ou distribuídas. Visando contribuir coma remediação dos locais atingidos pelos contaminantes e utilizando a fluidodinâmica computacional, neste trabalho realizou-se um estudo do transporte de tais contaminantes no solo que fica logo abaixo de uma lagoa de estabilização genérica. Para tal fim, utilizou-se a técnica dos volumes finitos e a modelagem do escoamento em meios porosos usando o pacote computacional ANSYS CFX® 12. Gerou-se uma malha estruturada bidimensional e realizaram-se as simulações considerando regime laminar, meio isotrópico, solo saturado, escoamento monofásico e isotérmico. Apesar da existência de trabalhos experimentais e/ou numéricos que apresentam o comportamento da pluma ou a variação da concentração do contaminante com o tempo, nenhum apresenta ao mesmo tempo as duas possibilidades de resultados e de forma rápida, já que as simulações duraram apenas uma hora, em média. Analisando-se os perfis de concentração dos poluentes considerados (cádmio e cobre) com a distância longitudinal e com a profundidade obteve-se uma boa concordância com o observado na literatura. O mesmo pode ser afirmado com relação ao histórico de concentração do cádmio e do cobre. Assim, além de visualizar o alcance da pluma devido à simulação, pôde-se determinar em quanto tempo ela ocorreria, de forma a fornecer um subsídio maior aos processos de remediação. / Contamination of soil and groundwater is a growing concern, as the activities that trigger are in process of accelerated growth. For example, can cite the leak stabilization ponds. Such leaks can occur for cracks or breaks in the pond base, which may be located or distributed. To contribute to remediation of sites affected by contaminants and using the computational fluid dynamics, this paper carried out a transport study of such contaminants in soil which is just below a general stabilization pond. To this end, we used the technique of finite volume and modeling of flow in porous media using the ANSYS CFX ® 12 computational package. Generated a twodimensional structured network and realized the simulations considering laminar flow, isotropic medium, saturated soil, single-phase flow and isothermal. Despite the existence of experimental and / or numerical studies show that the plume behavior or variation of the contaminant concentration with time, none has simultaneously both possibilities result and quickly, since the simulation lasted one hour on average. Analyzing the concentration profiles of the considered pollutants (cadmium and copper) with the longitudinal distance and the depth we obtained a good agreement with data from the literature. The same can be said regardinghistory of cadmium and copper. So in addition to viewing the scope of plume due to simulation, it was possible to determine how long it would take place in order to provide greater subsidy to remediation processes.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-16T12:27:26Z No. of bitstreams: 1 AMANDA SANTANA PEITER - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 4504888 bytes, checksum: 524c2d78079fab537fef86ee47f99f28 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-16T12:27:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AMANDA SANTANA PEITER - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 4504888 bytes, checksum: 524c2d78079fab537fef86ee47f99f28 (MD5) Previous issue date: 2017-09-15 / O consumo de combustíveis derivados do petróleo aumenta a cada ano, o que resulta no aumento da poluição atmosférica. Devido a isso a economia mundial necessita de fontes alternativas de energia. O biodiesel existe como alternativa ao diesel. Biodiesel pode ser obtido a partir da reação de transesterificação, na qual os triglicerídeos presentes nos óleos vegetais ou gorduras animais reagem com álcool de cadeia curta na presença de um catalisador para obter os ésteres de ácidos graxos. Neste trabalho foi encontrada a cinética da reação de transesterificação de óleo de soja com metanol e com etanol, na presença de hidróxido de sódio, para produzir biodiesel. Para o biodiesel metílico a cinética foi de primeira ordem e para o etílico a cinética foi de segunda ordem. Esses dados da cinética foram utilizados para fazer simulações das reações. A técnica de fluidodinâmica computacional CFD permite um estudo profundo e detalhado, inclusive análises de campos de velocidade e pressão, sem a necessidade de técnicas experimentais avançadas de análise ou custos financeiros para montagem de planta piloto. Essa técnica é desenvolvida principalmente em pacotes comerciais como o Ansys, que oferece diversas interfaces gráficas e modelos. Neste trabalho foi criada a geometria e a malha para o tanque com os diferentes impelidores e inseridas as condições da reação para encontrar os resultados. O modelo utilizado foi o de turbulência k- ε, a cinética foi considerada de primeira ordem para o metanol e de segunda ordem para o etanol e o sistema considerado monofásico e multicomponente. A simulação para o etanol não se mostrou satisfatória, pois as frações mássicas simuladas não tiveram o comportamento semelhante ao experimental. Já para as reações com metanol, as frações mássicas obtidas pela simulação ficaram bem próximas as encontradas experimentalmente, mostrando que a simulação foi satisfatória. / The consumption of fuels derived from petroleum increases every year, resulting in increased air pollution. Because of this the world economy needs alternative sources of energy. Biodiesel exists as an alternative to diesel. Biodiesel can be obtained from the transesterification reaction in which the triglycerides present in vegetable oils or animal fats react with short chain alcohol in the presence of a catalyst to obtain the fatty acid esters. In this work the kinetics of the reaction of transesterification of soybean oil with methanol and with ethanol in the presence of sodium hydroxide to produce biodiesel was found. For the methyl biodiesel the kinetics was of first order and for the ethyl the kinetics was of second order. These kinetic data were used to simulate the reactions. The CFD computational fluid dynamics technique allows in-depth and detailed study, including velocity and pressure field analyzes, without the need for advanced experimental analysis techniques or financial costs for pilot plant assembly. This technique is mainly developed in commercial packages such as Ansys, which offers several graphical interfaces and models. In this work the geometry and the mesh were created for the tank with the different impellers and the conditions of the reaction were inserted to find the results. The k-ε turbulence model was used, kinetics was considered first-order for methanol and second-order for ethanol and the system considered single-phase and multicomponent. The simulation for the ethanol was not satisfactory, since the simulated mass fractions did not have the behavior similar to the experimental one. As for the reactions with methanol, the mass fractions obtained by the simulation were very close to those found experimentally, showing that the simulation was satisfactory.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:59:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326737.pdf: 28391573 bytes, checksum: 1d4a9ad7d14e9cf822969944d337d9a3 (MD5) Previous issue date: 2014 / Abstract : The focus of this work is to propose a model for the closure problem of the interfacial force density required for solution of the two-fluid model widely used in the description of multiphase flows. The closure models employed so far do use of the decomposition of the various phenomena that occur in the interaction among the phases as drag, drift, the development of hydrodynamic boundary layers, adverse pressure gradients and vorticity forces as Lift and Magnus force, just to name a few. Each one has its own mathematics description and correlations to calculate its coefficients for their respective settings. The latter are dependent on a series of dimensionless numbers as Reynolds number, and Morton, Eötvös, these being the principal. Generally, the correlations are dependent upon the system and degree of interaction of the phases as well as their dispersion within the fluid flow. This particular description and the wide range of correlations create new ways of solving problems so far unsolved and/or even unsolved, however, they are not generic and its applicability beyond the limits that were calibrated is an approach that must be evaluated and not always the results, after a long time of trial and error, are satisfactory. The work aims to deal with the closure problem of interfacial force density in a distinct way, modeling how the stress tensor acts on the interface without separating the effects categorizing them on the types mentioned above, and, let the flow itself "takes a decision" that forces act on the interface of fluids. The proposed methodology is detailed described in their physical and mathematical aspects and some benchmarks are chosen to do that. The coding has been made in the commercial code ANSYS CFX. The results demonstrate the effectiveness of the approach to problems where the interface is well defined, such as free surface flows, even with local change of morphology, without, however, to present the same performance in dispersed flow with low void fractions. Nevertheless, the joint action of both approaches (the classical and the proposal) in the latter case has proved to be very efficient in capturing the physical behavior of a complex flow as a bubble column.

CISNE JÚNIOR, Roberto Lima da Costa. Transporte de Fluidos e Partículas em Meios Irregulares. 2014. 113 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-26T19:31:09Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_rlccisnejunior.pdf: 4679198 bytes, checksum: 53ef0a18b5270d30f9e1fc7f5a1ad112 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-26T19:31:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_rlccisnejunior.pdf: 4679198 bytes, checksum: 53ef0a18b5270d30f9e1fc7f5a1ad112 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-26T19:31:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_rlccisnejunior.pdf: 4679198 bytes, checksum: 53ef0a18b5270d30f9e1fc7f5a1ad112 (MD5) Previous issue date: 2014 / O escoamento de fluidos no interior de estruturas irregulares apresenta certa complexidade. De início, investigamos o transporte de partículas no interior de uma estrutura ramificada tridimensional semelhante a um pulmão. Essas partículas são arrastadas por um fluido Newtoniano. Verificamos que a estrutura ramificada se comporta como um separador de partículas por tamanho, e que alguns parâmetros geométricos podem ser ajustados para controlar essa separação. Depois, estudamos o escoamento de um fluido Newtoniano e partículas pontuais no interior de canais catracas bidimensionais. Estes canais foram modelados de forma a permitir uma quebra de simetria espacial na direção do escoamento. No entanto, não encontramos mudanças significativas relacionadas ao perfil de escoamento do fluido. Já em relação às partículas ocorre uma grande assimetria no tempo médio de trânsito devido à existência de caminhos que se estabelecem próximos às paredes de perfil assimétrico. Assim, mostramos como obter um efeito catraca das partículas, podendo ocorrer uma seleção das mesmas em determinadas condições de escoamento. Finalmente, analisamos o escoamento de fluidos não-Newtonianos no interior de meios porosos bidimensionais. O fluido escolhido pode exibir dois principais regimes de escoamento: de altas viscosidades, quando em baixas tensões; e baixas viscosidades, quando em tensões mais elevadas. Para tal, utilizamos o modelo de Herschel-Bulkley usado em fluidos de Bingham (pseudoplásticos). Como resultado encontramos um regime de escoamento peculiar, apresentando uma forte canalização do fluido no interior do meio poroso.

No presente trabalho são empregadas ferramentas de fluidodinâmica computacional (CFD) como base à criação de uma rede de reatores equivalente para o estudo de um reator de leito fluidizado borbulhante em escala piloto pertencente à CIENTEC-RS, empregado para a gaseificação de carvão das minas de Candiota-RS. Inicialmente, foram conduzidas simulações fluidodinâmicas em meio reacional gasoso (utilizando metano e ar) para análise do comportamento do escoamento no gaseificador. A partir de medições do equipamento real e dados de projeto do mesmo foi implementada no software CFX 13.0 a geometria do reator e foram realizados testes de convergência de malhas computacionais, de forma a escolher a mais apropriada para a realização das simulações em CFD. A avaliação de parâmetros como perfis de velocidade e concentrações ao longo do reator serviram para a escolha das malhas para a continuidade do estudo. Diferentes variações na geometria foram propostas, de modo a simplificá-la, reduzindo o custo computacional das simulações, porém mantendo a qualidade dos resultados. Foram, ainda, avaliados os padrões de escoamento típicos do reator, operando em fase gasosa e na presença de um leito fluidizado. De posse dos padrões de escoamentos obtidos foi proposta uma rede de reatores equivalentes – ERN (equivalent reactor network) a fim de modelar o reator da CIENTEC, empregando um modelo cinético detalhado para determinação das taxas de reação na fase gasosa. Para fins de avaliação da metodologia, conduziram-se simulações envolvendo a combustão de metano, analogamente ao estudo em CFD, e envolvendo o processo de gaseificação de carvão, com as características do obtido nas minas de Candiota. O objetivo do estudo foi avaliar os pontos cruciais no desenvolvimento de um modelo ERN e prever as características dos produtos obtidos para diferentes condições operacionais. Espera-se que este modelo seja aprimorado e usado para o melhoramento e otimização do processo, com o propósito de obter um gás de potencial energético e com características adequadas à utilização como insumo para processos carboquímicos. / In this dissertation, computational fluid dynamics (CFD) simulations were applied to develop equivalent reactor networks (ERN) for the study of a bubbling fluidized bed reactor from CIENTEC-RS, used for coal gasification. Initially, the computational geometry of the gasifier was created using the software CFX 13.0, based on field measurements and design data. Mesh convergence tests were carried out in order to choose the most appropriate for obtaining accurate solutions, using gas-phase reactions. Different variations in geometry were proposed in order to reduce the computational cost of the simulations, while maintaining the quality of the results. The simulations also evaluated the typical flow patterns of the reactor operating in the gaseous phase and in the presence of a fluidized bed. The flow patterns were used as a basis for proposing equivalent reactor networks for the CIENTEC reactor, using a detailed kinetic model to determine the reaction rates in the gas phase. For methodology evaluation purposes, simulations involving the combustion of methane were conducted, similar to the study in CFD, as well as the coal gasification process. The aim of the study was to evaluate the crucial points in the development of an ERN model and to predict the characteristics of the gaseous product streams obtained for different operating conditions. It is expected that this model can be used for the improvement and optimization of the gasification process, in order to obtain a gas with energetic potential and suitable for using it as a feedstock for carbochemical processes.

Submitted by Elizabete Silva (elizabete.silva@ufes.br) on 2014-10-22T19:40:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Tese.Texto. Harerton.pdf: 10233888 bytes, checksum: 07430cd5d095105bce4d05998744e1f7 (MD5) / Approved for entry into archive by Elizabete Silva (elizabete.silva@ufes.br) on 2014-11-19T18:11:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Tese.Texto. Harerton.pdf: 10233888 bytes, checksum: 07430cd5d095105bce4d05998744e1f7 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-19T18:11:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Tese.Texto. Harerton.pdf: 10233888 bytes, checksum: 07430cd5d095105bce4d05998744e1f7 (MD5) Previous issue date: 2013 / O presente trabalho investigou o problema da modelagem da dispersão de compostos odorantes em presença de obstáculos (cúbicos e com forma complexa) sob condição de estabilidade atmosférica neutra. Foi empregada modelagem numérica baseada nas equações de transporte (CFD1) bem como em modelos algébricos baseados na pluma Gausseana (AERMOD2, CALPUFF3 e FPM4). Para a validação dos resultados dos modelos e a avaliação do seu desempenho foram empregados dados de experimentos em túnel de vento e em campo. A fim de incluir os efeitos da turbulência atmosférica na dispersão, dois diferentes modelos de sub-malha associados à Simulação das Grandes Escalas (LES5) foram investigados (Smagorinsky dinâmico e WALE6) e, para a inclusão dos efeitos de obstáculos na dispersão nos modelos Gausseanos, foi empregado o modelo PRIME7. O uso do PRIME também foi proposto para o FPM como uma inovação. De forma geral, os resultados indicam que o uso de CFD/LES é uma ferramenta útil para a investigação da dispersão e o impacto de compostos odorantes em presença de obstáculos e também para desenvolvimento dos modelos Gausseanos. Os resultados também indicam que o modelo FPM proposto, com a inclusão dos efeitos do obstáculo baseado no PRIME também é uma ferramenta muito útil em modelagem da dispersão de odores devido à sua simplicidade e fácil configuração quando comparado a modelos mais complexos como CFD e mesmo os modelos regulatórios AERMOD e CALPUFF. A grande vantagem do FPM é a possibilidade de estimar-se o fator de intermitência e a relação pico-média (P/M), parâmetros úteis para a avaliação do impacto de odores. Os resultados obtidos no presente trabalho indicam que a determinação dos parâmetros de dispersão para os segmentos de pluma, bem como os parâmetros de tempo longo nas proximidades da fonte e do obstáculo no modelo FPM pode ser melhorada e simulações CFD podem ser usadas como uma ferramenta de desenvolvimento para este propósito. Palavras chave: controle de odor, dispersão, fluidodinâmica computacional, modelagem matemática, modelagem gaussiana de pluma flutuante, simulação de grandes vórtices (LES). / The present work investigated odour dispersion modelling in the presence of obstacles (cubical and complex-shaped buildings) under neutral atmospheric conditions employing numerical modelling based on the transport equations (CFD8) as well as on algebraic Gaussian- based models (AERMOD9, CALPUFF10 and FPM11) and using field and wind tunnel data to validate the models results and evaluate the models performance. To include atmospheric turbulence effects on dispersion, two different subgrid scale models associated to the Large Eddy Simulation (LES) technique were investigated (Dynamic Smagorinsk and WALE12) and to include the building effects on dispersion in the Gaussian-based models, PRIME13 was used. The use of PRIME was also proposed for FPM as a novelty. Overall, results indicate the use of the CFD/LES might be a useful tool for assessment of odour dispersion and impact in the presence of obstacles and also for the development of Gaussian models. Results also indicate that the proposed FPM, which included the effects of the obstacle based on the PRIME model, is a very useful tool in odour dispersion modelling, due to its simplicity and easy set up if compared to the more complex CFD modelling and even regulatory models AERMOD and CALPUFF. The great advantage of FPM is the possibility of estimating intermittency and also the peak-to-mean (P/M) concentration ratio, which are useful parameters for odour impact assessment. Results obtained in the present work indicate the determination of the plume segments dispersion parameters, as well as the long term dispersion parameters in the near field of the source and obstacle in FPM might be improved and CFD could be used as development tool for this purpose. Key words: Odour control, dispersion, computational fluid dynamics (CFD), mathematical modelling, fluctuating plume Gaussian modelling, Large Eddy Simulation (LES).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:09:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 323813.pdf: 923726 bytes, checksum: a8015d8b04c2edbedf60057ec1e4ebba (MD5) Previous issue date: 2013 / Esta dissertação de mestrado originou-se da necessidade de avaliação de estratégias numéricas que permitam uma adequada predição in silico dos fenômenos de transferência de calor e massa em sistemas multicomponentes e multifásicos. Em particular, o foco do trabalho consistiu na implementação de modelos robustos em ferramenta de CFD. Para tanto, as equações de Maxwell-Stefan em conjunto com a lei de Fick generalizada foram codificadas na linguagem de programação C e o código gerado foi dinamicamente acoplado ao código comercial ANSYS® CFD (FLUENT®), versão 14.0. Determinou-se, então, a composição e a temperatura de equilíbrio em um sistema vapor-líquido, sendo cada fase composta por uma mistura de quatro hidrocarbonetos puros (metano, n-pentano, n-hexano e n-octano). Levou-se em consideração todas as características inerentes a misturas multicomponentes (a exemplo da correção para altas taxas e da contribuição de todos os gradientes de composição para a taxa de transferência da espécie i), o que introduz uma complexidade considerável ao sistema quando comparada à solução de escoamentos envolvendo misturas binárias. Os resultados obtidos nos estudos com a ferramenta de CFD foram verificados com predições obtidas do simulador de processos comercial em estado estacionário denominado PRO/II®, versão 8.2. Um estudo preliminar com a mistura binária água/ar foi conduzido com o objetivo de validar os resultados obtidos com o código CFD por meio de comparação direta com dados fornecidos pela carta psicrométrica padrão. <br> / Abstract : This dissertation was originated from the need of the evaluation of numerical strategies that may allow an adequate prediction in silico of heat and mass transfer phenomena in multicomponent and multiphase systems. In particular, the aim of the work has been to implement robust models in a CFD tool. Therefore, the Maxwell-Stefan's equations in conjunction with the generalized Fick's law have been codified in the C programming language and the code generated has been dynamically coupled to the commercial code ANSYS® CFD (FLUENT®), version 14.0. It has been determined, then, the equilibrium composition and temperature in a vapor-liquid system, in which each phase has been composed by a mixture of four pure hydrocarbons (methane, n-pentane, n-hexane and octane). All the inherent characteristics of multicomponent mixtures (e.g., the high flux correction and the contribution of all composition gradients to the transport rate of species i) have been taken into account, which introduces considerable complexity to the system when compared to the solution of flow involving binary mixtures. The results obtained in the studies conducted with the CFD code have been verified with predictions obtained from the steady state process simulator named PRO/II®, version 8.2. A preliminary study with the binary mixture water/air has been carried out with the aim to validate the results obtained with the CFD code by means of direct comparison with data provided by standard psychrometric chart.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:55:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339479.pdf: 4423329 bytes, checksum: 3856748bc27bbb855582f1884ab47e31 (MD5) Previous issue date: 2015 / Tradicionalmente, os projetos estruturais de resistência ao fogo, quando realizados, são feitos de maneira determinística e sem considerar diretamente as incertezas relacionadas ao problema. Essa metodologia prescritiva tem como consequência uma prática em que a segurança estrutural é indeterminada, podendo ser até mesmo inaceitável em casos excepcionais que envolvam situação de incêndio. Como alternativa, a segurança da estrutura pode ser quantificada por meio da aplicação da teoria da confiabilidade estrutural. Dentre as pesquisas de análise da confiabilidade de estruturas em incêndio disponíveis na literatura, a maioria emprega modelos estruturais bastante simplificados, que resultam em modos de falha regidos por equações de estado limite analíticas. Porém, na maioria dos casos somente soluções numéricas são possíveis. Por exemplo, para a análise de estruturas de aço em situação de incêndio é imprescindível o uso de modelos que considerem o comportamento estrutural altamente não-linear envolvido e nessas circunstâncias soluções analíticas são bastante escassas. Deste modo, o presente trabalho dedica-se à análise da confiabilidade de elementos de aço em situação de incêndio, sem proteção térmica, utilizando o método de Monte Carlo Simples (MCS) para solução do problema de confiabilidade e o Método dos Elementos Finitos para análise Térmica-estrutural, considerando não-linearidades física e geométrica. Utiliza-se, ainda, o método FORM (First Order Reliability Method) para o cálculo da probabilidade de falha dos elementos à temperatura ambiente e para a determinação dos índices de sensibilidade em relação às variáveis aleatórias. Para tal propósito, dois módulos de análise foram desenvolvidos e acoplados: o módulo de confiabilidade e o módulo mecânico. O módulo de confiabilidade é composto por um conjunto de sub-rotinas programadas em Matlab e o módulo mecânico utiliza-se do pacote computacional em elementos finitos ANSYS e requer rotinas programadas em linguagem APDL (Ansys Parametric Design Language). Tais módulos foram empregados na análise de confiabilidade de três elementos estruturais de aço em situação de incêndio: uma barra sob tração, uma viga sob carregamento distribuído e um pilar com excentricidade inicial sujeito a uma carga centrada. Os três elementos foram dimensionados segundo a norma NBR 8800:2008 e as propriedades estatísticas dos parâmetros envolvidos nos problemas foram definidas a partir de informações da literatura. Com base nos resultados, observou-se que os elementos analisados apresentam probabilidade de entrar em colapso antes de 30 minutos de incêndiosuperior a 95,00%, sendo os parâmetros que modelam o incêndio os principais responsáveis pela probabilidade de ocorrência da falha. Ressalta-se que a norma NBR 14432:2000 define que a estrutura como um todo deve suportar pelo menos 30 minutos de incêndio, para que possa ocorrer evacuação em uma situação de sinistro. Nas análises dos elementos à temperatura ambiente, observou-se que, a depender das variáveis aleatórias do problema, os critérios normativos podem ser insuficientes para garantir a segurança estrutural, uma vez que os coeficientes de segurança são calibrados para atingir níveis aceitáveis de segurança em condições usuais. Por último, verificou-se que a utilização do método MCS em problemas envolvendo incêndio exige um custo computacional muito alto, ou mesmo proibitivo, para a maioria dos problemas reais de engenharia civil, sobretudo devido às repetidas análises térmicas e estruturais necessárias. Portanto, o desenvolvimento da análise de confiabilidade de estruturas submetidas ao fogo depende fortemente dos avanços computacionais e do desenvolvimento de novas estratégias e métodos para solução eficiente dos subproblemas envolvidos. Este trabalho propicia um melhor entendimento destes problemas, bem como fornece algumas informações e subsídios para o desenvolvimento de tais estratégias e métodos.<br> / Abstract: In general, structures under fire conditions are designed by using deterministic approaches. Since the uncertainties involved are not directly considered, in this kind of prescriptive methodology the structural safety cannot be quantified and in some cases it can even achieve unacceptable levels. As an alternative, structural reliability theory can be applied to determine how safe a structure is. Most of the studies about reliability of structures under fire conditions consider simplified structural models, in such a way that limit states are described by analytical equations. However, for the majority of real applications, only numerical solutions are available. For example, in the reliability analysis of steel structures under fire conditions, the non-linear structural behavior involved must be considered and analytical solutions for these cases are very limited. The present study aims to analyze the reliability of steel structures under fire conditions, without thermal protection, using Monte Carlo simulation to solve the reliability problems and the Finite Element Method (FEM) for thermal-structural analysis considering physical and geometric nonlinearities. The First Order Reliability Method is also applied, in order to estimate failure probabilities for room temperature conditions and to compute sensitivities of failure probabilities with respect to random variables. Two analysis modules are developed and coupled: the reliability module and the mechanical module. The reliability module is composed of several subroutines implemented in MATLAB and the mechanical module uses the ANSYS finite element package and input files written in APDL (Ansys Parametric Design Language). These modules are applied in the reliability analysis of three steel structural elements under fire conditions: a tensile bar, a beam under uniformly distributed load and a column with initial eccentricity under a concentrated load. The elements are designed according to the NBR 8800:2008 and the statistical parameters involved are defined in accordance with the literature. The results indicated that after 30 minutes under fire conditions all structural elements studied achieved failure probabilities above 95% and that these probabilities were highly sensitive to the parameters describing the fire. It is noteworthy that NBR 14432:2000 recommends that the structure must resist fire for at least 30 minutes so the building can be evacuated. Analysis of the structural elements at room temperature pointed out that depending on the parameters and variables considered (dead load versus live load, for example), the criteria established by NBR 8800:2008 can be insufficient to ensuresafety, since the safety factors were calibrated for usual structures and conditions. Finally, it was verified that Monte Carlo simulation presents a high computational cost which can be prohibitive for many real-world applications in structural engineering, especially when a computationally expensive analysis, such as an iterative thermal-structural analysis, is required. Therefore, the advance of structural reliability analysis of structures under fire conditions relies on computational advances and development of new methods and strategies to efficiently solve the related subproblems. The present study provides a better understanding of these problems and presents some information which can be used to develop new strategies and methods.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6651.pdf: 7342156 bytes, checksum: 24286846097025ed263bb2f4e4b6dfb6 (MD5) Previous issue date: 2015-02-19 / Universidade Federal de Sao Carlos / Distillation is one of the most important industrial separation techniques. It requires high quantity of energy, corresponding to around 40% of the total energy consumption of chemical industries. As such, the optimization of a distillation column is indispensable, and it is only possible from the knowledge of the fluid dynamics phenomena occurring within the column. Some of models used for this, such as the models based on equilibrium and non-equilibrium stage concepts, usually provide useful results, but consider empirically many of the fluid dynamics phenomena by assuming a perfect mixture in each phase. In recent years, the advent of the high-speed computers combined with the development of accurate numerical methods for solving physical problems has revolutionized the way we deal with fluid dynamics phenomena. Computational fluid dynamics (CFD) techniques allow a microscopic description of the physical characteristics of the fluid motion. The main purpose of this study was develop a computational fluid dynamics model for gas-liquid flows that was able to predict the hydrodynamics and mass transfer on a sieve tray. A two-phase, three-dimensional and transient model, in an Eulerian-Eulerian framework was proposed for air/water (25°C) and ethanol/water systems at 1 atm. The continuity, momentum and mass equations were used to describe the gas and liquid phases. The sieve tray geometry simulated was based on experimental work of Solari e Bell (1986). The variables predicted were the velocity profiles, volume fraction of each phase, clear liquid height, recirculation areas, mass fraction and efficiency. The hydrodynamic and mass transfer model predictions were compared with experimental and numerical data from some authors and presented good agreement. This study shows that CFD can be used as a powerful tool for sieve tray simulation. / Destilação é uma das técnicas industriais de separação mais importante. Este processo requer grande quantidade de energia, correspondendo a aproximadamente 40% do consumo total de energia de indústrias químicas. Dessa forma, a otimização de colunas de destilação é indispensável, e para isso é necessário o conhecimento dos fenômenos fluidodinâmicos que ocorrem dentro da coluna. Alguns modelos utilizados nesses equipamentos, tais como os modelos baseados em conceitos de estágios de equilíbrio e não-equilíbrio, geralmente fornecem resultados úteis, mas consideram empiricamente muitos fenômenos fluidodinâmicos e assumem uma mistura perfeita em cada fase. Nos anos recentes, com o advento de computadores mais potentes combinado ao desenvolvimento de métodos numéricos precisos para a resolução dos problemas físicos, houve uma revolução no modo como lidamos com os fenômenos de fluidodinâmica. As técnicas de fluidodinâmica computacional permitem uma descrição microscópica das características físicas do escoamento dos fluidos. O principal objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo de fluidodinâmica computacional para escoamentos líquido-vapor que fosse capaz de predizer a hidrodinâmica e a transferência de massa em pratos perfurados. Um modelo bifásico, tridimensional e transiente, numa abordagem Euleriana-Eulariana, foi proposto para os sistemas ar/água (25ºC e 1atm) e etanol/água a 1atm. As equações da continuidade, de momento e da transferência de espécies químicas foram utilizadas para descrever as fases líquida e gasosa. A geometria do prato perfurado simulado foi baseada no trabalho experimental de Solari e Bell (1986). As variáveis preditas foram o perfil de velocidades, a fração volumétrica de cada fase, a altura de líquido claro, áreas de recirculação, frações mássicas e eficiência. As predições do modelo para a hidrodinâmica e transferência de massa foram comparadas com dados experimentais e numéricos de alguns autores e apresentaram boa concordância. Este estudo mostra que o CFD pode ser utilizado como uma ferramenta poderosa para a simulação de pratos perfurados.

Buscando compreender o comportamento hidrodinâmico de um reator anaeróbio de fluxo ascendente (UASB), o presente trabalho teve por objetivo desenvolver um modelo numérico utilizando ferramentas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) para a simulação do comportamento do escoamento trifásico (líquido, gás e sólido) em um reator UASB utilizado na produção de biogás a partir da vinhaça, e validar este modelo utilizando técnicas de Velocimetria de Partículas por Imagem (PIV). Para tanto, inicialmente foi projetado o reator UASB e em seguida foram desenvolvidas a geometria e a malha. As simulações foram executadas no software Fluent, utilizando uma malha com 528.000 volumes de controle. Foram inicialmente realizadas simulações do escoamento monofásico do líquido e em seguida simulações bifásicas gás/líquido e sólido/líquido foram realizadas adotando-se uma abordagem Euleriana-Euleriana, isotérmica, transiente e tridimensional. Por fim, os modelos bifásicos já validados foram associados em um modelo trifásicos. Técnicas de PIV foram utilizadas na validação dos modelos bifásicos e do trifásico. Na etapa de validação dos modelos numéricos, foi verificada uma diferença máxima entre resultados experimentais e computacionais menor de 4% para todos os casos. Foi verificado que a força de arraste é a que exerce a maior influência no perfil do escoamento gás/líquido. Com relação ao escoamento sólido/líquido, o modelo de Gidaspow foi escolhido para o cálculo do coeficiente de arraste, após comparação com resultados experimentais. Nas simulações trifásicas, verificou-se o gás foi o principal responsável pela qualidade da mistura dentro do reator, reduzindo de 44% o percentual de zonas mortas no reator no caso sólido/líquido para 0,02% no caso trifásico e aumentando em cerca de oito vezes a magnitude da velocidade das fases sólida e líquida. O sistema de distribuição de gás exerceu forte influência no perfil do escoamento, tendo induzido recirculação interna no reator. A compreensão do escoamento permitirá otimizações no processo e no reator de forma a buscar o aumento da eficiência de tratamento bem como da geração de biogás. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-06-26T17:27:11Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Camila DBastiani.pdf: 3648057 bytes, checksum: 6fcb0f38708ea3a24444be3ab47dd30b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T17:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Camila DBastiani.pdf: 3648057 bytes, checksum: 6fcb0f38708ea3a24444be3ab47dd30b (MD5) Previous issue date: 2017-06-26 / PETROBRAS, Brasil. / Aiming to understand the hydrodynamics of a Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor, this work aimed to apply multiphase modeling through computational fluid dynamics (CFD) to assess the behavior of the three phase flow (liquid, gas and solid) in a UASB reactor, which is used in the biogas production using vinasse as substrate and the to validate the results using Particle Image Velocimetry (PIV) techniques. Therefore, the UASB reactor was designed and then the geometry and mesh were developed. The simulations were performed using the software Fluent and a mesh with 528.000 control volumes. Initially, monophasic simulations of the liquid phase were carried out. Next, two phase simulations were performed considering the pairs of phases gas/liquid and solid/liquid. An Eulerian-Eulerian approach was adopted, together with isothermal, transient and tridimensional conditions. After validated, the two-phase models (solid/liquid and gas/liquid) were combined into a three-phase model. PIV was used for the experimental validation of the two and three-phase models. The numerical model validation showed maximum differences lower than 4% between experimental and computational results for the three cases (gas/liquid, solid/liquid and liquid/gas/solid). Numerical results showed that the drag force plays the major role on the gas/liquid flow profile. Regarding the solid/liquid flow, Gidaspow model was chosen to estimate the drag force coefficient after comparisons between numerical and experimental results. Three-phase simulations showed that the gas was the main responsible for the mixing quality within the reactor. Dead zones were reduced from 44% in the solid/liquid simulations to 0,02% in the three-phase simulations and the liquid and solid velocity magnitude increased in about eight times. The configuration of the gas distribution system played a major role on the overall flow profile and drove liquid recirculation along the axial position. Understanding the multiphase flow within this reactor will allow optimizations on the process as well as on the reactor, in order to seek an increase on the efficiency both in the treatment and biogas in the production.