Este trabalho apresenta um estudo de aprendizagem desenvolvido no Colégio Marista Rosário de Porto Alegre durante o segundo semestre de 2004. O corpo de conhecimento trabalhado foi Mecânica dos Fluidos (Hidrostática e Hidrodinâmica), o qual faz parte do programa da segunda série do Ensino Médio, cujos resultados e objetivos são apresentados nesta dissertação. O trabalho de aprendizagem desenvolvido apresenta dois objetivos bem claros: um, o de proporcionar um espaço virtual fora do horário escolar para que o aluno possa estender a discussão sobre o assunto tratado em sala de aula, aumentando potencialmente o contato com a disciplina de Física; o segundo, oferecer uma atividade que potencializa a participação do aluno nas aulas de Física, tornando-o mais ativo no seu processo de crescimento intelectual.Para aplicar o trabalho escolhi um ambiente de ensino a distância, o Teleduc desenvolvido pela UNICAMP. Desenvolvi animações com o programa Flash MX, selecionei algumas experiências práticas simples, desenvolvi o procedimento de uma experiência prática de um aerofólio para simular a asa de um avião em vôo e gravei um vídeo reproduzindo a experiência do aerofólio. Produzi, também, uma página em html (hipertexto) com seis módulos que trabalham os conceitos desenvolvidos no corpo de conhecimento Mecânica dos Fluidos, apresentando cada um, quatro etapas. 1ª Etapa: Trocando Idéias, onde o aluno lê um texto pertinente ao assunto e depois é solicitado a postar suas conclusões, colocações ou dúvidas nos fóruns de discussão criados no TelEduc. 2ª Etapa: Mãos à Obra, etapa que corresponde à realização de algumas experiências práticas apresentando no final um relatório com suas conclusões. 3ª Etapa: Pesquisando Sobre, onde o aluno é solicitado a fazer uma pesquisa respondendo algumas questões levantadas durante a realização das etapas anteriores. 4ª Etapa: O Que Você Aprendeu? Esta etapa se refere ao momento em que o aluno retoma e aplica todos os conceitos trabalhados no Módulo identificando se houve aprendizagem ou não. À medida que o trabalho foi sendo desenvolvido, foram realizadas as avaliações necessárias. Constatou-se, no decorrer da aplicação do produto evidências de aprendizagem do conteúdo abordado e, sobretudo, uma mudança significativa no comportamento e comprometimento dos alunos nas aulas de Física. O material teórico que dá suporte a este trabalho se baseia no construtivismo, com destaque à aprendizagem significativa, segundo Ausubel, e à interação social para troca de significados, segundo Vygotsky. / This paper presents a learning project carried out at the Colégio Marista Rosário de Porto Alegre during the second semester of 2004. The field of knowledge studied was Fluid Mechanics (Hydrostatics and Hydrodynamics), which is part the of second year of the high school curriculum. The learning project developed and presented in this dissertation has two clear goals: Firstly, to provide to the students a virtual space outside the class hours with the aim of extending their involvement with the material treated in class and possibly increasing his contact with the subject of physics. Secondly, to offer the students an activity which enables them to actually participate in physics classes, making them more active in their intellectual growth. In order to put the project into practice, I chose a distance learning management system environment, the TelEduc, developed by UNICAMP. I created animations with the program Flash MX and chose some simple practical experiments. I also devised the steps of an experiment involving a spoiler in order to simulate the wing of an airplane in flight and recorded a video documenting the spoiler experiment. In addition, I produced an HTML (hypertext) page with six modules that deal with the concepts developed in the field of Fluid Mechanics, each of them consisting of four steps. 1st step: “Exchanging ideas”, where the students read a text related to the topic and are then asked to post their conclusions, observations or questions in the discussion forums created in the TelEduc. 2nd step: “Get to work!”, which refers to performing some practical experiments and giving a presentation of findings at the end. 3rd step: “Exploring …”, where the students are asked to do a formal research project and answer some questions raised during the previous steps. 4th step: “What did you learn?” This step refers to the moment when the students look back and apply all the concepts studied in the module, identifying their learning progress. While the project was being put into practice, the necessary evaluations were carried out. The results provided evidence that students learned some physics and clearly showed that, over the course of the project, a significant change in the behaviour and commitment of the students in physics lessons took place. The theoretical framework supporting this work is based on constructivism, with special attention to “meaningful learning” according to Ausubel and “knowledge exchange through social interaction” according to Vygotsky.

A grande maioria dos fluidos encontrados na natureza se comportam como fluidos não- Newtonianos o que torna o seu estudo muito importante para diversas áreas da engenharia. Este trabalho tem como objetivo simular o problema específico de escoamentos de fluidos viscoplásticos em expansões abruptas planares com razão de aspecto de 1:4. O problema em questão se mostra interessante pois em muitos sistemas industriais são apresentados a geometria proposta para estudo associada a fluidos viscoplásticos. Foi empregado o modelo mecânico multi-campos (mult-field) baseado nas equações de conservação de massa e balanço de momentum para escoamentos isocóricos acoplados com a equação constitutiva de um Fluido Newtoniano Generalizada (GNL), associada à função de viscosidade de Herschel-Bulkley regularizada através da equação de Papanastasiou. O modelo mecânico é aproximado por um modelo estabilizado de elementos finitos, denominado método Galerkin Mínimos-Quadrados (GLS). A fim de se pesquisar os fenômenos reológicos ali presentes é feito o estudo da influência do índice de power-law na topologia de um escoamento creeping flow (Re@0) para uma vasta faixa de números de Herschel-Bulkley variando entre 0.1 e 100. Os resultados mostraram-se satisfátorios, apresentando uma forte influencia do número de Herschel-Bulkley e do índice de power law na topologia e na dinâmica do escoamento. Obteve-se uma validação do trabalho comparando-se os resultados obtidos nesta dissertação com os obtidos em artigo de grande credibilidade e aceito por toda a academia científica. / The majority of fluids found in nature behave like non-Newtonian fluids what makes their study of great importance to various areas of engineering. The present work aims to simulate the specific problem of the viscoplastic fluids flows through in planar abrupt expansion with the aspect ratio of 1:4. The problem in question is interesting because in many industrial systems are the proposal to study geometry associated with viscoplastic fluid. It employed the multi-field mechanical model based on equations of conservation of mass and momentum balance for the isochoric flow coupled with the constitutive equation of the Generalized Newtonian Liquids (GNL), associated with the function of viscosity of Herschel-Bulkley regularized by the equation of Papanastasiou. The mechanical model is approximated by a stabilized finite element model, called Galerkin Least-Squares method (GLS). In order to research the rheological phenomena present is done studying the influence of power-law index in the topology of the creeping flow (Re@0) for a wide range of numbers of Herschel-Bulkley ranging between 0.1 and 100. The results have proved satisfactory, showing a strong influence on the number of Herschel-Bulkley and power law index of the topology and dynamics of the flow. Got to be a validation of the work comparing the results with those obtained in this thesis in an article of great credibility and accepted throughout the scientific academy.

Neste trabalho, são inicialmente discutidas as dificuldades referentes à obtenção de resultados numéricos para a operação de uma turbina Savonius independentes do grau de discretização, tamanho de domínio de cálculo e de máximo tempo físico simulado. Também são relatadas as divergências entre as metodologias numéricas e experimentais adotadas por diversos autores, que dificultam análises e comparações dos resultados obtidos por meio dessas metodologias com os resultados próprios obtidos. Devido a esses fatos, no presente trabalho, uma série de procedimentos experimentais e numéricos são realizados para efetuar análises do escoamento sobre uma turbina eólica Savonius. Nos experimentos em canal aerodinâmico, perfis de velocidade e parâmetros da turbulência são obtidos pela técnica de anemometria de fio quente. Medições com o uso de tubos de Pitot e manômetros eletrônicos são efetuadas para avaliar a variação da pressão e os perfis de velocidade média em posições selecionadas. Além de dados para análise, informações úteis para uso como condições de contorno nas simulações numéricas também são obtidas. Os fenômenos são reproduzidos através de simulações numéricas pelo Método de Volumes Finitos, que solucionam as equações da continuidade, de Navier-Stokes com médias de Reynolds e do modelo de turbulência k-ω SST. Análises experimentais e numéricas considerando o escoamento sobre um cilindro, que mantém semelhanças com o escoamento sobre o rotor, também são realizadas. Simulações numéricas do escoamento sobre o cilindro são efetuadas, fornecendo resultados representativos do escoamento real, quando geometrias tridimensionais são aplicadas na modelagem numérica. Nas simulações do escoamento sobre o rotor Savonius em condição estática, resultados representativos do escoamento real são obtidos com o uso de uma modelagem que leva em consideração a rugosidade das pás do rotor, estacionado na posição angular de 90°. Para posições angulares menores, não se obteve uma boa concordância entre os resultados experimentais e numéricos. A realização deste trabalho fornece informações úteis para a análise do fenômeno e tem potencial para contribuir com futuros trabalhos desse tema. / This research work initially presents a discussion about the difficulties related to obtaining numerical results for the operation of a turbine Savonius independent of the degree of discretization, calculation domain size and maximum physical time of the simulation. The differences between the numerical and experimental methodologies adopted by various authors difficult the analysis and comparisons of the results obtained through these methods with the results obtained by the methodology. Due to these facts, in this research work, a series of experimental and numerical procedures are performed to conduct analyzes of flow over a Savonius wind turbine. In the experiments on aerodynamic channel, velocity and turbulence profiles parameters are obtained by the technique of hot wire anemometry. Measurements using Pitot tubes and electronic manometers are made to evaluate the variation of pressure and mean velocity profiles at selected positions. In addition to data analysis, useful information for use as boundary conditions in the numerical simulations are also obtained. The phenomena are reproduced through numerical simulations by Finite Volume Method, that solve the equations of continuity, Reynolds-averaged Navier–Stokes equations and the equation of the turbulence model k-ω SST. Experimental and numerical analyzes considering the flow over a cylinder, which holds similarities with the flow over the rotor, are also performed. Numerical simulations of the flow over the cylinder are made, providing results representative of the actual flow when three-dimensional geometries are applied in numerical modeling. In flow simulations over the Savonius rotor in static condition, at 90°, representative results of the actual flow are obtained using a model that takes into account the roughness of the rotor blades. For smaller angular positions a good agreement between experimental and numerical results was not obtained. This work provides useful information for the analysis of the phenomenon and has the potential to contribute to future work on this theme.

A crescente demanda de energia dos dias de hoje, aliada aos graves problemas ambientais advindos da sua produção tem estimulado a procura de formas alternativas de energia. Dentre as diversas fontes de energia, as renováveis ganham expressão particularmente significativa. Neste contexto, a energia eólica revela-se uma aposta correta, a nível econômico, energético e ambiental. Por outro lado, a microprodução é apontada como uma das soluções para os problemas supracitados. Assim, a combinação de ambas as áreas tem sido alvo de especial interesse. Este trabalho visa caracterizar o vento em ambiente urbano, com particular interesse na possibilidade de seu aproveitamento energético. Um dos principais aspectos para determinar a viabilidade técnica e econômica de uma instalação eólica é a avaliação precisa da distribuição das velocidades de vento na área de aproveitamento. A instalação de turbinas eólicas em áreas urbanas tem determinado a necessidade de aprimorar a metodologia de previsão do campo de velocidades do vento visando à melhor determinação da distribuição dos equipamentos e aproveitamento do potencial existente. Neste contexto, esta dissertação apresenta um estudo sobre a aplicação da Dinâmica dos Fluidos Computacional - CFD para avaliação do potencial eólico e o comportamento do vento sobre um modelo de área urbana. Resultados numéricos com diferentes alternativas de modelagem do problema são comparados com dados de um experimento em túnel de vento e dados obtidos com CFD publicados na literatura, visando determinar uma metodologia adequada para avaliação do problema proposto. As simulações numéricas do escoamento de ar em área urbana são realizadas com o uso do programa ANSYS Fluent 13.0, que utiliza o método de volumes finitos para a solução das equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds (RANS) e Simulação de Grandes Escalas (LES). O estudo é dividido em dois casos. No primeiro caso, a simulação da área em questão é realizada com as médias de Reynolds de forma a validar o modelo criado. No segundo caso, a simulação é realizada com o método de grandes escalas, cujos resultados serão explorados e comparados com o método RANS. Os resultados obtidos mostram essencialmente duas realidades, a primeira diz respeito à intensidade do recurso eólico e a segunda a sua particular complexidade. / The growing demand for today’s energy, combined with the serious environmental problems of its production, has stimulated the demand for alternative forms of energy. Among the various forms of energy, those that are based on renewable sources have been gaining a particularly significant space for discussion. In this context, the wind energy has proved to be a reliable source, energetically, economically and environmentally speaking. Furthermore, the micro production has been appointed as one of the solutions for the aforementioned problems. Thus, the combination of both these areas has particular interest. This work aims to characterize the wind in the urban environment, with particular interest for the possibility to carry out its energy. In this context this work presents a study on the application of computational fluid dynamics to evaluate the wind potential and the behavior of the wind on urban area. Numerical results with different alternatives for modeling the problem are compared with data from an experiment in wind tunnel and CFD simulation to determine one appropriate methodology for evaluation of the problem. The numerical simulations of the air flow over urban area are performed using the ANSYS Fluent 13.0 which uses the finite volumes method for solving the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) and Large-Eddy Simulation (LES). The study is divided in two cases. In the first one, the simulation of the area is performed with the Reynolds Averaged Navier-Stokes to validate the model created. In the second case, the simulation is performed with the Large-Eddy Simulation, which will be explored and compared with the results with RANS method. The results obtained show essentially two realities, the first is related to the intensity of wind resource and the second due to its high complexity. It was noted that in the urban areas turbulence intensity is significantly higher than in the rural environment. The non-horizontal flow components showed a high dependence on geometry of the building. The brief comparison of results obtained by simulation software shows an acceptable approach to the wind velocity field. In terms of turbulence intensity, it’s over estimated by the software. It is concluded from the results obtained that the energy use in urban environment provides a delicate task, due to the low wind intensity and complexity of the resource.

O presente trabalho apresenta a modelagem do escoamento de ar sobre um terreno complexo empregando, e comparando os resultados, três programas comerciais de previsão de potencial eólico, WaSP, Meteodyn WT e WindSim. Por se tratar de um modelo simplificado, o programa WaSP nem sempre é adequado para previsão de energia em terrenos muito complexos pois não é capaz de prever turbulência, separação de escoamento e efeitos de estabilidade existentes neste tipo de terreno. Para que se consiga modelar a turbulência existente de maneira mais coerente, utilizam-se programas de mecânica dos fluidos computacional como o Meteodyn WT e o WindSim que modelam o escoamento através das equações médias de Reynolds. A finalidade do estudo é identificar a capacidade de previsão das velocidades de vento por meio de cada um dos programas em um parque eólico localizado na Chapada da Diamantina, tendo em vista que a correta previsão da produção de energia depende de um entendimento correto e detalhado dos recursos disponíveis. Avaliando apenas condição atmosférica neutra e comparando os resultados obtidos, conclui-se que o programa WindSim obteve o menor erro na estimativa da velocidade do vento, -3,7% quando comparado aos outros programas WaSP e Meteodyn, -5,1% e -6,5% respectivamente. O maior erro de aproximação foi obtido pelo programa WaSP, +11% quando comparado aos outros programas Meteodyn e WindSim, +10,6% e +7,9% respectivamente. Para o programa Meteodyn foram avaliados casos com diferentes condições de estabilidade, o erro máximo e mínimo foi de +10,6% e -6,5%, respectivamente em atmosfera estável, mantendo-se elevado. O programa WindSim permite a alteração de variáveis que são fixas no Meteodyn e também a simulação dos efeitos de estabilidade através da inclusão da equação de energia inicializada através do comprimento de Monin-Obukhov o que, implicou em uma melhora significativa nos resultados obtidos e em um maior tempo computacional. O erro, menor e maior, apresentado pelo programa WindSim foi reduzido a, -1,8% e +4,4% respectivamente. Destaca-se que as conclusões obtidas se aplicam ao caso estudado. / This work studies the air flow modeling over a complex terrain using and comparing the results of three commercial programs that estimates the wind field in a site: WaSP, Meteodyn WT and WindSim. Being WAsP a simplified model, it is not always suitable to estimate the flow in complex terrain because it is not able to predict the turbulence, flow separations and stability effects present in these kind of terrains. To model the existing turbulence two computational fluid mechanics programs i.e. Meteodyn WT and WindSim, which models the flow through the Reynolds Averaged Navier-Stokes equations have been used. This study aims to identify the wind speed predictive capacity of each program in a windfarm located on Chapada da Diamantina, as a correct production prediction depends on a correct estimation of the wind field. Evaluating only neutral atmospheric setup and comparing it with the measures, WindSim had the lowest wind speed estimation error, -3.7% compared with WaSP and Meteodyn programs, that provided -5.1% and -6.5% respectively. The greatest error was obtained by WaSP program, +11%, followed by Meteodyn, +10.6% and WindSim, +7.9%. WindSim enables changes in some variables that are fixed in Meteodyn and enables also the simulation of stability effects through the introduction of the energy equation with a Monin-Obukhov length initialization. For Meteodyn program different stabilities were evaluated, but the results obtained were not satisfactory. The maximum and minimum error were reduced to +10.6% and -6.5%, respectively, in stable atmosphere. Due to the specific site studied conditions the simulation of stability effects resulted in a significant improvement in the results even though a larger computational time. Enabling the energy equations setting up stable atmospheric stability, both WindSim errors are reduced to -1.8% and +4.4% respectively. It is noteworthy that the conclusions apply to the case studied.

A maioria dos líquidos encontrados na natureza são não newtonianos e o estudo do seu comportamento reológico tem uma importância significante em diferentes áreas da engenharia. Entre eles, existe uma classe de fluidos que exibem pequena deformação aparente quando sujeitos a um nível de tensões inferior a uma tensão limite de escoamento, referido como comportamento viscoplástico. Nesta classe de materiais, alguns apresentam também comportamento elástico quando submetidos a baixas taxas de cisalhamento. A presente Tese tem como objetivo o estudo numérico de escoamentos bidimensionais em regime permanente de fluidos elasto-viscoplásticos através de uma expansão-contração planar. O modelo mecânico é definido pelas equações de conservação de massa e de balanço de momentum acopladas ao modelo elasto-viscoplástico proposto nesta Tese. Esta modelagem é aproximada por um método de elementos finitos multi-campos estabilizado baseado na metodologia de Galerkin mínimos-quadrados que possui como variáveis primais os campos de tensão extra polimérica, velocidade e pressão. As condições de compatibilidade entre os sub-espaços de elementos finitos para tensão extra-velocidade e velocidade-pressão são violadas, permitindo assim a utilização de interpolações de igual ordem. O método estabilizado foi implementado no código de elementos finitos para fluidos não newtonianos em desenvolvimento no Laboratório de Mecânica dos Fluidos Aplicada e Computacional (LAMAC) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Nesta Tese é adotada uma metodologia alternativa para a definição das zonas rígidas do escoamento como sendo a posição onde a taxa de cisalhamento é igual a um valor dado pela relação de parâmetros reológicos do fluido, especificamente a tensão limite de escoamento e a viscosidade newtoniana para baixas taxas de cisalhamento. Nas simulações numéricas realizadas, o tempo de relaxação adimensional, o número de salto, o coeficiente power-law, a vazão adimensional e a massa específica adimensional são variados de forma a avaliar de que modo influenciam na dinâmica de escoamentos elastoviscoplásticos. Os resultados obtidos estão qualitativamente de acordo com a literatura, atestando a estabilidade da formulação empregada. / Non-Newtonian fluids are the majority of liquids found in nature and the study of their rheological behavior has a significant importance on different areas of engineering. Among them, there is a class of materials that exhibits little apparent deformation when subjected to a stress level behind an yield stress, referenced as viscoplastic material. In this class of materials, some fluids also exhibit elastic behavior at low shear rates. The present work aimed to a numerical study of two-dimensional steady state laminar flows of elasto-viscoplastic fluids through a planar expansion-contraction cavity. The mechanical model was defined by the mass conservation and momentum balance equations coupled to the elasto-viscoplastic model porposed in this work. This modeling has been approximated by a stabilized multi-field finite element method based on the Galerkin least-squares methodology, having as primal variables the elastic extra-stress component, velocity and pressure fields. In this way, the compatibility conditions between the extra-stress-velocity and pressure-velocity (Babuška- Brezzi condition) finite element subspaces are violated, allowing to use equal-order finite element interpolations. The stabilized method has been implemented in the finite element code for non-Newtonian fluids under development at the Laboratory of Applied and Computational Fluid Mechanics (LAMAC) of the Federal University of Rio Grande do Sul. An alternative methodology is adopted to define the yield surface as the position where the strain rate is equal to a value given by the relation of the rheological parameters of the fluid, namely the yield stress and the viscosity at low shear rates. In the performed numerical simulations, the non-dimensional relaxation time, the jump number, the power-law coefficient, the non-dimensional flow rate, and the non-dimensional density are varied in order to evaluate their influence on the elasto-viscoplastic fluid dynamics. All results found are in qualitatively accordance with the affine literature, and attesting the good stability features of the formulation.

Orientador: Prof. Dr. Rovilson Mafalda / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Gestão da Inovação, 2017. / Presente em vários países, a competição Baja SAE se consolidou como uma importante oportunidade dos estudantes de engenharia de colocar em prática os conhecimentos adquiridos em sala de aula e desenvolver novas habilidades. Apesar disso, após vinte e três edições no Brasil, o cenário atual da competição é de utilização quase exclusiva de soluções de projeto consagradas, grande semelhança entre os veículos, acirramento da disputa e carência de soluções inovadoras. Neste trabalho propõe-se uma abordagem focada na aerodinâmica como uma forma de se buscar uma vantagem competitiva no atual cenário da competição, através da elaboração e disponibilização de um pacote composto de carenagens aerodinâmicas aplicáveis em um veículo tipo Baja SAE típico. Adicionalmente, o impacto da adoção destas peças na velocidade máxima do veículo é avaliado através de análise de dinâmica dos fluidos computacional (do inglês CFD ¿ Computational Fluid Dynamics). De acordo com as estimativas realizadas neste trabalho, a adoção de um pacote aerodinâmico como o proposto seria capaz de reduzir o arrasto aerodinâmico do veículo em 20,45% e aumentar a sua velocidade máxima em 7,92%. / Present in several countries, the Baja SAE competition has consolidated itself as an important opportunity for engineering students to put into practice the knowledge acquired in the classroom and to develop new skills. Despite this, after twenty-three editions in Brazil, the current scenario of the competition is the consolidation of consecrated solutions, great similarity between vehicles, escalation of the dispute and lack of innovative solutions. This work proposes an approach focused on aerodynamics as a way to seek a competitive advantage in the current scenario, through the elaboration and provision of a package composed of aerodynamic fairings possible to be applied in a typical Baja SAE prototype. Additionally, the impact of the adoption of these parts on the top speed of the vehicle is evaluated through Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis. According to the estimates made in this work, the adoption of an aerodynamic package like the one proposed would be able to reduce the aerodynamic drag of the vehicle by 20.45% and increase its maximum speed by 7.92%.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2017-04-11T18:59:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DissertaçãoOmar.pdf: 629619 bytes, checksum: f018416fe978f2e27de6abfe2542c60c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-11T18:59:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DissertaçãoOmar.pdf: 629619 bytes, checksum: f018416fe978f2e27de6abfe2542c60c (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / CNPQ / Estudamos aspectos teóricos de um sistema que modela o comportamento dos unidos micro polares incompressíveis num domínio limitado _ Rn (n = 2 ou 3). Especificamente, utilizamos o método espectral de Galerkin para mostrar a existência de soluções fortes e com determinadas condições mostramos a unicidade das soluções / We study theoretical aspects of a system that models the behavior of incompressible micropolar uids in a bounded domain _ Rn (n = 2 or 3). Speci cally, we use the spectral Galerkin method to show the existence of strong solutions and under certain conditions show the uniqueness of solutions.

Orientador: Jose Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T05:52:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Galeazzo_FlavioCesarCunha_M.pdf: 7104794 bytes, checksum: 95d360083b713d4c451c26b8e6276361 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O trabalho analisou o impacto que alterações nas condições operacionais e na geometria causam no desempenho térmico de um reator de esterificação de porte industrial da empresa M&G. As análises utilizaram um modelo numérico criado com o software FLUENT. A hipótese simplificadora de se considerar somente uma fase líquida, apesar do sistema reacional real ser trifásico, foi competente em mostrar as principais características do escoamento e da transferência de calor no interior do reator, como zonas de estagnação e área de atuação dos impelidores, além da troca de calor a partir dos tubos da serpentina axial. Os resultados levam à conclusão de que o sistema de agitação possui um papel apenas secundário no desempenho térmico do reator, frente o papel preponderante dos discos separadores de fluxo / Abstract: The work analysed the impact of operating conditions and geometric changes in the thermal performance of a esterification industrial reactor of the company M&G. The analyses used a numerical model created with the aid of the software FLUENT. The simplifying hypothesis of considering only one liquid phase instead of the real system three phases was capable of showing the main characteristics of the flow and the heat transfer inside the reactor, like stagnation zones and impellers influence zones, and the heat transfer from the axial coil. The results lead to the conclusion that the agitation system have only a secundary role in the reactor thermal performance, while the role of the flow separation discs is dominant / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Osvaldir Pereira Taranto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T05:10:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ribeiro_MarinadosSantos_M.pdf: 1906759 bytes, checksum: 068fcf7b154ad2dedadfc296efb7fbde (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O leito fluidizado pulsado rotativo (LFPR) tem sido estudado como uma alternativa para a fluidização de materiais que são difíceis de processar em leito fluidizado convencional (LFC). O LFPR é um leito fluidizado convencional modificado pela adição de um disco rotativo com uma abertura 60º abaixo do distribuidor. O disco rotativo assegura uma alimentação cíclica do gás no leito, fornecendo uma força extra para fluidizar as partículas. Tal característica torna o LFPR atrativo para o uso no processo de secagem, pois realça a transferência de calor e massa. No entanto, a freqüência da pulsação do gás no interior do leito depende da freqüência de rotação do disco. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento fluidodinâmico de partículas secas e úmidas em um LFPR e compará-lo com os resultados obtidos em um LFC. As partículas selecionadas para o estudo foram celulose microcristalina e ácido adípico, e os parâmetros estudados foram: a carga da partícula, a freqüência de rotação do disco e o teor de umidade inicial. Verificou-se que em freqüência da rotação do disco baixa, jorros alternados se formaram, alternado com as regiões de leito fixo. Quando a freqüência da rotação do disco era elevada, o sistema todo fluidizou de uma maneira similar a um leito fluidizado convencional. Constatou-se que pode-se empregar o LFPR para processar materiais que apresentam características coesivas em condições inviáveis em LFC. A velocidade mínima de fluidização para o LFPR foi menor do que a obtida para o LFC, o que evidencia as condições mais fáceis de fluidização no primeiro equipamento e sua aplicabilidade ao processo de secagem / Abstract: The rotating-pulsed fluidized bed (RPFB) has been studied as an alternative for fluidization of materials that are difficult to operate in the Conventional Fluidized Bed (CFB). The RPFB apparatus is a conventional fluidized bed modified by the addition of a rotating plate with a 60º opening just below the distributor. The rotating plate insures a cyclic feed of the fluidizing gas into the bed, providing an extra force to fluidize the particles. This characteristics becomes the RPFB attractive for use in drying process, enhancing heat and mass transfer. In this way, the frequency of pulsed gas purges in the bottom of the bed depends upon the frequency of the rotating disk. The objective of this present work was to study the fluid dynamic behavior of both dry and moist particulate samples in a RPFB and compare with the results from a CFB. Selected samples were microcrystalline cellulose and adipic acid. The parameters used for the study were: particle load, disc rotation frequency and initial sample moisture content. It was possible to verify that when the disk rotation frequency was low, rotating spouts were formed, alternated with fixed bed regions. When disk rotation frequency was high, the total system was fluidized in a manner similar to a conventional fluidized bed. It was observed the RPFB can be used to material with cohesive characteristics, this conditions is not usual to CFB. The minimum fluidization velocity for the RPFB was lower than that for the CFB, which evidences the easier fluidization conditions in the first apparatus and its applicability to drying process / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química