Neste estudo, consideramos um problema transiente de fluxo unidimensional vertical de água em meio poroso insaturado, modelado pela equação Richards não-linear. As reações constitutivas de Van Genuchten são empregadas para representar a capacidade hidráulica e a condutividade. A fórmula da solução é otimizada e avaliada usando a equação governante em um critério de autoconsciente. Os resultados são apresentados para alguns tipos de solo e seus parâmetros relacionados, que são mencionados em literatura. / In this study, we consider a transiente vertical one-dimensional flow problem of water in unsaturated porus media, modelled by the non-linear Richards equation. Constitutive relations of Van Genutchten are employed to represent the hydraulic capacity and conductivity. The solution formula is optimized and evaluated using to governing equation for a self-consistency criterion. The results are presented for some oil types and its related soil parameters, that are reported in the literature.

Esta dissertação investiga numericamente a influência dos efeitos viscosos e elásticos em escoamentos de materiais viscoplásticos no interior de uma cavidade dirigida. O modelo mecânico empregado é constituído pelas equações de conservação de massa e pelo princípio da quantidade de movimento linear, para fluidos incompressíveis, acoplado à equação constitutiva. Esta equação modifica o modelo viscoelástico de Oldroyd-B de modo a acomodar que os tempos de relaxação e retardo do material, bem como sua viscosidade viscoplástica, dependam das mudanças de sua microestrutura. A aproximação numérica do modelo emprega o método multi-campos de Galerkin mínimos-quadrados em termos do tensor de tensão extra, do vetor velocidade e do campo de pressão. Os resultados objetivam a determinção do tamanho e localização das regiões aparentemente não-escoadas do material, bem como sua deformação elástica, intensidade de tensão, e a sua vorticidade no interior da cavidade. Os resultados claramente indicam que o padrão do escoamento é fortemente influenciado pela variação dos efeitos elásticos (variação do tempo de relaxação adimensional, θ0 * ), viscosos (variação do índice de power-law, n) e cinemáticos (variação da velocidade adimensional, U* , do escoamento) no interior da cavidade. / This dissertation investigated numerically the influence of viscous and elastic effects on flows of viscoplastic materials within a lid-driven cavity. The mechanical model used is made up of mass and momentum balance equations, coupled with the constitutive equation. This equation modifies the viscoelastic Oldroyd-B model to accommodate both relaxation and retardation times, and viscosity function, dependent on the microstructure changes. Numerical approximations of the model make use a three-field Galerkin least squares method in terms of the extra stress tensor, velocity vector and pressure field. Computations focus on the determination of the size and position of apparently unyielded regions as well as the elastic deformation, stress intensity, and the vorticity within of the cavity. Results clearly indicate that the flow pattern is strongly influenced by the elastic (variation of the dimensionless relaxation time, θ0 * ), viscous (variation of the power-law index, n) and kinematic (variation of the dimensionless flow velocity, U* ) effects within the cavity.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-13T15:02:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TecnicaTransformadaIntegral.pdf: 2307667 bytes, checksum: 30f6ac18f38104dd2f4c8ed292bd330b (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-15T15:55:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TecnicaTransformadaIntegral.pdf: 2307667 bytes, checksum: 30f6ac18f38104dd2f4c8ed292bd330b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T15:55:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TecnicaTransformadaIntegral.pdf: 2307667 bytes, checksum: 30f6ac18f38104dd2f4c8ed292bd330b (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A Técnica da Transformada Integral Generalizada é aplicada na solução das equações de Navier-Stokes para um duto de geometria irregular na forma senoidal em um escoamento incompreensível e laminar. Para isso, foi utilizada a formulação em termos de função corrente. Um filtro geral foi adotado que se adapta ao contorno irregular para aumentar a convergência da solução. Foram analisadas diversas geometrias modificando-se a razão de comprimento (λ/a) e a razão de altura (Hmin/Hmax) para número de Reynolds na faixa de 25 a 400. Para o mesmo número de Reynolds elevando um dos dois parâmetros geométricos a recirculação do escoamento é menor e a diminuição de um dos parâmetros eleva a recirculação do escoamento. A recirculação no caso onde λ/a = 16 e Hmin/Hmax = 0.7 é pouco acentuada em Reynolds = 400. Considerando a configuração onde λ/a = 4 e Hmin/Hmax = 0.3 é possível gerar vorticidade em números de Reynolds de baixo valor (Re = 25). O fator de atrito, baseado nas forças viscosas, calculado apresentou o mesmo comportamento dos trabalhos da literatura. / The Generalized Integral Transform Technique is applied solve the Navier-Stokes equations for an irregular geometry duct in sinusoidal shape in an incomprehensible and laminar flow. The formulation was used in terms of current function. A general filter has been adopted that adapts to the irregular contour to increase the convergence of the solution. Different geometries were analyzed by modifying the length ratio (λ/a) and the height ratio (Hmin/Hmax) for Reynolds number in the range 25-400. For the same Reynolds number rising one of the two geometrical parameters the flow recirculation is lower and the decrease of the parameters increases the flow recirculation. The recirculation for λ/a = 16 and Hmin/Hmax = 0.7 is low in Reynolds = 400. Considering the configuration where λ/a = 4 and Hmin/Hmax = 0.3 the flow recirculation is observed at low Reynolds numbers (Re = 25). The friction factor, based on the viscous forces, calculated showed the same pattern of the literature.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-13T15:06:20Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ModelagemSimulacaoSistemas.pdf: 2116849 bytes, checksum: 2305ead25bf9999f87a76aaf1c512f78 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-15T16:45:06Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ModelagemSimulacaoSistemas.pdf: 2116849 bytes, checksum: 2305ead25bf9999f87a76aaf1c512f78 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T16:45:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ModelagemSimulacaoSistemas.pdf: 2116849 bytes, checksum: 2305ead25bf9999f87a76aaf1c512f78 (MD5) Previous issue date: 2014-04-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Grandes aplicações utilizando fluidos supercríticos relacionados ao fracionamento de produtos naturais têm sido estudadas nas últimas décadas. Este trabalho teve como objetivo a modelagem termodinâmica do equilíbrio de fases de sistemas binários e multicomponentes de constituintes relacionados a indústria de óleos vegetais (ácidos graxos, triglicerídeos, esqualeno, α-tocoferol e ésteres etílicos e metílicos de ácidos graxos) com dióxido de carbono supercrítico, utilizando as equações de estado cúbicas de Soave-Redich-Kwong (SRK) e Peng-Robinson (PR) com as regras de mistura Quadrática e de Mathias-Klotz-Prausnitz, para construir uma base de dados de parâmetros de interação binária entre estes constituintes e entre estes constituintes com o dióxido de carbono, com destaque para as interações relacionadas aos compostos bioativos. As equações de PR e SRK mostraram eficiência na correlação dos dados de equilíbrio dos sistemas binários. Para a maioria dos sistemas binários o ajuste dos dados experimentais com as regras de mistura com dois parâmetros de interação binária obtiveram bons resultados e equivalentes quando comparados com as regras de mistura com três parâmetros. Para sistemas multicomponentes, quando a correlação dos dados experimentais com o programa PE, empregando ambas as equações com a regra de mistura quadrática obteve convergência, foram obtidos melhores resultados para descrição do equilíbrio de fases e para a representatividade da análise termodinâmica da separação através dos coeficientes de distribuição. Para o sistema CO2 (1)/Ácido Oleico (2)/Ácido Linoleico (3) a predição do equilíbrio com a utilização de uma matriz de parâmetros de interação de sistemas binários se mostrou equivalente em relação ao uso de parâmetros de interação de sistemas multicomponentes. Em relação ao sistema CO2 (1)/ Metil Miristato (2)/ Metil Palmitato (3) os resultados obtidos a partir do cálculo do equilíbrio utilizando a matriz de parâmetros de interação de sistemas binários, quanto com os parâmetros de interação do sistema multicomponente, apresentaram desvios médios semelhantes para a temperatura de 323,15K. Para o sistema CO2 (1)/ Esqualeno (2)/ Trioleína (3)/ Ácido Oleico (4), os melhores resultados foram obtidos pela regra de mistura Quadrática com os parâmetros de interação do sistema multicomponentes. Em relação ao sistema PFAD0 (CO2 (1)/ Ácido Oleico (2)/ Ácido Palmítico (3)/ Esqualeno (4), os resultados obtidos utilizando a matriz de parâmetros de interação de sistemas binários mostraram desvios médios abaixo de 8%. O cálculo do ELV para o sistema CO2 (1)/ Metil Miristato(2)/ Metil Palmitato (3)/ Metil Oleato (4)/ Metil Estearato(5) ,com os programas PE2000 e EDEflash utilizando a EDE SRK com a regra de mistura Quadrática, utilizando a matriz de parâmetros de interação obtidos de sistemas binários mostraram resultados similares. Em relação ao sistemas multicomponente CO2 (1)/ Etil Palmitato (2)/ Etil Estearato (3)/ Etil Oleato (4)/ Etil Linoleato (5) (ésteres etílicos do óleo de dendê), a predição do ELV, utilizando a matriz de parâmetros de interação dos sistemas binários, ajustados com a EDE SRK combinada com a regra de mistura Quadrática, apresentaram resultados com desvios abaixo de 4%, em ambas as fases, para a isoterma de 333,15 K. / Large applications using supercritical fluids related to the fractionation of natural products have been studied in recent decades. This work had as objective the thermodynamic modeling of phase equilibrium of binary and multicomponent systems of vegetable oils related compounds (fatty acids, triglycerides, squalene, α-tocopherol and methyl and ethyl esters of fatty acids) with supercritical carbon dioxide, using the cubic equations of state of Soave-Redich-Kwong (SRK) and Peng-Robinson (PR), with the Quadratic and Mathias-Klotz-Prausnitz mixing rules, to build a database of binary interaction parameters between these constituents and between these constituents with carbon dioxide, with an emphasis on the interactions related to bioactive compounds. The equations of PR and SRK showed efficiency in correlation of binary systems equilibrium data. For most binary systems experimental data fit, with the mixing rules with two binary interaction parameters, obtained good results and cash equivalents when compared with the mixing rules with three parameters. For multicomponent systems, when the experimental data were correlated with the PE program, employing both equations with quadratic mixing rule, shown convergence, best results for phase equilibrium description and the representativeness of the thermodynamic analysis of separation through the distribution coefficients were obtained. For the CO2 (1)/(2) oleic acid/linoleic acid (3) system, the prediction of equilibrium with an interaction parameters matrix of binary systems proved equivalent in relation to the use of multicomponent systems interaction parameters. In relation to the CO2 (1)/Methyl Myristate (2)/Methyl Palmitate (3) system the results obtained from the calculation using the interaction parameters matrix of binary systems, as with the parameters of interaction of multicomponent system, showed average deviation similar to the temperature of 323.15 K. For the CO2 (1)/Squalene (2)/(3)/Triolein oleic acid (4) system, the best results were obtained by the Quadratic mixing rule with the multi-component system interaction parameters. In relation to the CO2 (1)/(2) oleic acid/Palmitic acid (3)/Squalene (4) system, the results obtained using the interaction parameters matrix of binary systems showed average deviations below 8%. The calculation of the ELV for the CO2 (1)/Methyl Myristate (2)/Methyl Palmitate (3)/Methyl Oleate (4)/Methyl Stearate (5) system, with the EDEflash and PE program with Quadratic mixture rule, using the interaction parameters matrix from binary systems showed similar results. For the CO2 (1)/Ethyl Palmitate (2)/ Ethyl Stearate(3)/ Ethyl Oleate (4)/ Ethyl Linoleate (5) (palm oil ethyl esters) system, the prediction of the ELV with the SRK combined with Quadratic mixing rule, using the interaction parameters matrix from binary systems, presented results with deviations below 4% in both phases at 333.15 K.

Submitted by Nathalya Silva (nathyjf033@gmail.com) on 2017-04-24T20:05:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_TransportePneumaticoFluidizado.pdf: 9546577 bytes, checksum: 5b571941483f281d7416986286fe20a8 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-04-26T13:40:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_TransportePneumaticoFluidizado.pdf: 9546577 bytes, checksum: 5b571941483f281d7416986286fe20a8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T13:40:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_TransportePneumaticoFluidizado.pdf: 9546577 bytes, checksum: 5b571941483f281d7416986286fe20a8 (MD5) Previous issue date: 2011-08 / Este trabalho é uma contribuição à ciência e à aplicação da tecnologia desenvolvida sobre leito e transporte fluidizado de materiais particulados usados nos processos industriais. No caso de leitos fluidizados desenvolveu-se uma equação semi-empírica para predição da velocidade mínima de fluidização da alumina fluoretada, pó de crosta e outros materiais particulados usados nos processos industriais com resultados bastantes satisfatórios comparados com os resultados experimentais em relação às equações disponíveis na literatura. Estudou-se também o comportamento dos ângulos de repouso e de fricção interno interpartículas propondo-se equações constitutivas para esses ângulos para alumina fluoretada como função da velocidade superficial de fluidização. Em uma segunda etapa propõem-se uma equação para predição da capacidade de transporte de calhas e tubos fluidizados com resultados de boa qualidade em relação aos experimentos realizados nos tubos fluidizados. Este tubo fluidizado por sua concepção pode operar em ângulos ascendentes em relação ao plano horizontal sendo uma contribuição tecnológica desta tese para diminuição da taxa kWh/ton de material particulado manuseados nos processos industriais. / This work is a contribution to science and applied technology developed to fluidized bed and fluidized motion conveying used in the powder handling of the industrial processes. In the case of fluidized bed it is proposed an empirical equation to predict the minimum fluidization velocity for the fluoride alumina, crust powder and others powders used in the industrial processes with good results compared with the experiments and the equations available in the literature. It was also studied the constitutive equations to predict the behavior of the angle of repose and interparticles friction as a function of the superficial velocity of fluidization. In a second step it is proposed an equation to predict the capacity of the Air Pneumatic Fluidized Conveyor with good results compared with the experiments for fluoride alumina. The Air Fluidized Conveyor is a contribution to applied technology reducing the consumption of energy, it operates even in upward direction, and so, decreasing the rate kWh/ton in the powder handling of the industrial processes.

RESUMO Simulações de aeroacústica computacional demandam uma quantidade considerável de tempo, o que torna complicada a realização de estudos paramétricos. O presente trabalho propõe uma metodologia viável para otimização aeroacústica. Através da análise numérica utilizando dinâmica dos fluidos computacional, foi estudada a aplicação de uma placa separadora desacoplada como método de controle passivo da esteira turbulenta de um cilindro e avaliou-se a irradiação de ruído causado pela interação do escoamento com ambos os corpos, empregando ferramentas de aeroacústica computacional baseadas no método de Ffowcs-Williams e Hawkings. Algumas abordagens distintas de metodologias de otimização de projeto foram aplicadas neste problema, com o objetivo de chegar a uma configuração otimizada que permita a redução do nível sonoro ao longe. Assim, utilizando uma ferramenta de otimização multidisciplinar, pode-se avaliar a capacidade de modelos heurísticos e a grande vantagem do emprego de algoritmos baseados em método de superfície de resposta quando aplicados em um problema não linear, pois requerem a avaliação de um menor número de alternativas para se obter um ponto ótimo. Além disso, foi possível identificar e agrupar os resultados em 5 clusters baseados em seus parâmetros geométricos, nível de pressão sonora global e o valor quadrático médio do coeficiente de arrasto, confirmando a eficiência da aplicação de placas separadoras longas desacopladas posicionadas próximas ao cilindro na estabilização da esteira turbulenta, enquanto que o posicionamento de placas acima de um espaçamento crítico aumentou o nível de pressão acústica irradiado devido à formação de vórtices no espaço entre o cilindro e a placa separadora. / Computational aeroacoustics simulations require a considerable amount of time, which makes the comparison of a large number of different geometric designs a difficult task. The goal of the present study is to provide a suitable methodology for aeroacustic optimization. By means of numerical analyses using computational fluid dynamics tools, the application of a detached splitter plate as a passive control method for the turbulent wake of a circular cylinder was investigated. The irradiation of noise caused by the interaction between the flow and both bodies was evaluated using computational aeroacoustics tools based on the Ffowcs-Williams and Hawkings method. Various design optimization methodologies were applied to this flow in order to achieve a possible optimal configuration, i.e., one which is capable of reducing the far field noise level without increasing the aerodynamic forces. Using a multidisciplinary optimization tool, it was possible to evaluate the behavior of heuristic optimization algorithms and the major advantage of algorithms based on response surface methods when applied to a nonlinear aeroacoustics problem, since they require a smaller number of calculated designs to reach the optimal configuration. In addition, it was possible to identify and group the outcomes into 5 clusters based on their geometric parameters, overall sound pressure level and drag coefficient, confirming the efficiency of the application of long detached splitter plates placed next to the cylinder in stabilizing the turbulent wake, whereas the positioning of splitter plates at a distance larger than a critical gap increased the overall sound pressure level radiated due to the formation of vortices in the gap.

Este trabalho tem como objetivo global contribuir para o desenvolvimento do estudo da propagação de ondas em dutos de transporte de fluidos, especialmente oleodutos e gasodutos, através da análise da atenuação acústica e da velocidade de propagação da onda. Para isso, foram feitos ensaios experimentais, tanto em escoamento mono quanto bifásico, variando-se a vazão do escoamento em uma linha de testes de 1500 metros e 50 mm de diâmetro, para aquisição de sinais gerados a partir do fechamento de válvulas de simulação de vazamentos em pontos ao longo da tubulação. Para análise da atenuação acústica foi proposta uma metodologia baseada na medição do coeficiente de amortecimento temporal das ondas de pressão como subsídio para o cálculo do coeficiente de atenuação, através da utilização de um único sensor de pressão. Esta metodologia foi validada pela medição direta do coeficiente de atenuação e os resultados mostram uma excelente concordância em escoamentos monofásicos. Para os testes em escoamento bifásico não foi possível aplicar esta metodologia devido ao forte amortecimento das ondas de pressão, sendo feitas apenas medições diretas da atenuação com resultados fenomenologicamente coerentes. A velocidade de propagação acústica para escoamento monofásico foi influenciada pela presença de gás dissolvido e bolhas de cavitação, apresentando valores próximos aos da literatura para baixas vazões de escoamento. Para altas vazões, as velocidades foram compatíveis com o escoamento bifásico a bolhas finamente dispersas. Para o escoamento bifásico o regime de escoamento variou de bolhas a pistonado. As velocidades de propagação obtidas são compatíveis com aquelas obtidas por modelos teóricos. / This work aims to contribute to the development of the study of wave propagation in fluid transport pipelines, through the analysis of acoustic attenuation and propagation speed. For this reason, experimental tests were made in single and two-phase flow, varying the flow rate in a test line of 1500 meters and 50 mm in diameter, for the acquisition of signals generated from the closing of leak simulation valves at known points along the pipeline. To analyze the acoustic attenuation it was proposed a methodology based on measurement of temporal damping coefficient of pressure waves as input for calculating the attenuation coefficient, by using a single pressure sensor. This methodology was validated by direct measurement of attenuation coefficient and the results show an excellent agreement in single-phase flow. For the tests in two-phase flow it was not possible to apply this methodology due to the strong damping of pressure waves, which only made direct measurements of attenuation results phenomenologically consistent. Acoustic propagation velocity for single phase flow was influenced by the presence of dissolved gas and cavitation bubbles, having values close to the literature for low flow rates. For high flows rates, the velocities were consistent with a two-phase flow at finely dispersed bubbles. For the two-phase flow the regime varied from slug to bubbles. The propagation velocities obtained are consistent with those obtained by theoretical models.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-11-17T15:28:54Z No. of bitstreams: 1 Márcio Lembi Teles_.pdf: 1859021 bytes, checksum: 5dc2746be44c5f2b865c68ec0b4c0db0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-17T15:28:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Márcio Lembi Teles_.pdf: 1859021 bytes, checksum: 5dc2746be44c5f2b865c68ec0b4c0db0 (MD5) Previous issue date: 2016-09-16 / Nenhuma / Este trabalho apresenta uma análise fatorial, através de fluidodinâmica computacional, do escoamento e transferência de calor para fluidos viscoplásticos a partir de um cilindro confinado entre paredes paralelas. Considera-se que as propriedades reológicas sensíveis à temperatura, o que acopla os problemas térmico e fluidodinâmico de forma bilateral. Foi desenvolvida uma formulação baseada no método estabilizado de elementos finitos Galerkin Mínimos Quadrados (GLS – Galerkin Leart-Squares) para a aproximação de escoamentos não newtonianos com transferência de calor e propriedades reológicas termodependentes. Esta formulação foi implementada em um código computacional próprio. Para a modelagem das tensões viscosa, foi utilizado um modelo de líquido newtoniano generalizado, com função viscosidade dada pelo modelo de Herschel-Bulkley regularizado conforme Papanastasiou e propriedades termodependentes – a tensão inicial de escoamento e o índice de consistência. Os resultados numéricos foram investigados utilizando os adimensionais: número de Reynolds (Re), número de Herschel-Bulkley (Hb), número de Prandtl (Pr), índice de potência (n) e coeficientes de dependência térmica (a* e b*). Foi realizado um planejamento experimental fatorial completo 2K, com objetivo de avaliar a influência destes parâmetros na taxa de transferência de calor, através do número de Nusselt (Nu), e na perda de carga localizada devido à obstrução do canal pelo cilindro. / This paper presents a factor analysis using computational fluid dynamics, flow and heat transfer for viscoplastic fluids from a cylinder confined between parallel walls. It is considered that the rheological properties sensitive to temperature, which couples the thermal and fluid dynamic problems bilaterally. It was developed a formulation based on stabilized finite element method Galerkin Least Squares (GLS - Galerkin Leart-Squares) for approaching non-Newtonian flow with heat transfer and rheological properties dependent terms. This formulation has been implemented in a proper computer code. For the modeling of viscous stresses, a generalized Newtonian fluid model was used, with viscosity function given by the Herschel-Bulkley regularized model as Papanastasiou and properties dependent terms – the initial yield stress and consistency index. The numerical results were investigated using the dimensionless: Reynolds number (Re), Herschel-Bulkley number (Hb), Prandtl number (Pr), potency index (n) and temperature dependence coefficients (a* and b*). It conducted a full factorial experimental design 2K, with objective to evaluate the influence of these parameters on the heat transfer rate, through the Nusselt number (Nu), and localized head loss due to the cylinder by duct obstruction.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2017-03-16T12:44:59Z No. of bitstreams: 1 Daniel Augusto Kestering_.pdf: 4709572 bytes, checksum: bd1166e3946f589fd86f700a714928c2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-16T12:44:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel Augusto Kestering_.pdf: 4709572 bytes, checksum: bd1166e3946f589fd86f700a714928c2 (MD5) Previous issue date: 2016-10-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / A investigação dos modelos de arrasto gás-sólido é fundamental para se obter bons resultados de fluidização utilizando dinâmica dos fluidos computacional. A tecnologia de fluidização é muito utilizada para conversão térmica de combustíveis sólidos e tem como principal vantagem a boa mistura entre gás e sólido. O presente trabalho utiliza dois softwares para simulação de leitos fluidizados, MFIX e Ansys Fluent, para comparar os modelos de arrasto de Syamlal e O`Brien (1987) e Di Felice (1994). A abordagem utilizada para modelagem do problema é o modelo de dois fluidos (Two Fluid Model, TFM), juntamente com a teoria cinética para escoamento laminar (Kinetic Theory for Granular Flow, KTGF). Um método para ajuste do modelo de DF (DI FELICE, 1994), baseado no trabalho de Esmaili e Mahinpey (2011), é sugerido, assim como o modelo de SO (SYAMLAL; O`BRIEN,1987) é ajustado utilizando dados em condição de mínima fluidização. Foram conduzidos experimentos para obtenção de velocidade e fração de vazios em condição de mínima fluidização a fim de ajustar ambos os modelos. As partículas utilizadas nos experimentos foram esferas de vidro de 1,21 mm, 0,8 mm e areia de fundição de 0,29 mm. O método proposto representa de forma adequada os dados obtidos em mínima fluidização das três partículas. Com os modelos de arrasto ajustados, simulações numéricas em regime de fluidização foram conduzidas em domínio bidimensional e tridimensional. Os resultados obtidos nestas simulações apresentam boa concordância com resultados experimentais em queda de pressão do leito e borbulhamento. Concomitantemente, um código para obtenção de modelo de arrasto utilizando o algoritmo EMMS/Bubbling foi desenvolvido e simulações numéricas bidimensionais foram conduzidas, para teste e validação. Os resultados do código mostram que o modelo segue a mesma tendência de Shi, Wang e Li (2011), que desenvolveram o modelo EMMS/Bubbling. / The investigation of gas-solid drag models is a key to obtain good results of fluidization by using computational fluid dynamic tools. The fluidization technology is used for solid fuel thermal conversion and its main advantage is the high gas-solid mixture. The present effort uses two software for fluidized beds simulation, MFIX and Ansys Fluent, in order to compare the drag models of Syamlal and O`Brien (1987) and Di Felice (1994). Two Fluid Model is the approach used to model together with Kinetic Theory for Granular flow. A method to adjust DF drag model (DI FELICE, 1994), based on Esmaili and Mahinpey (2011), is suggested, as well as SO drag model (SYAMLAL; O’BRIEN, 1987) is adjusted using data obtained from minimum fluidization condition. Experiments were realized to obtain velocity and void fraction at minimum fluidization condition in order to adjust both models. Glass beads with diameter of 1,21 mm and 0,8 mm and sand with diameter of 0,29 mm were used on experiments. The purposed method fits the data obtained on minimum fluidization condition of the three particles, in accordance with experimental data. With the models adjusted, numerical simulation were conducted using drag models for two- and three-dimensional domain. The results of this simulations agrees with experimental data of pressure drop and bubble formation. Simultaneously, a code to obtain a drag model using EMM/Bubbling algorithm was developed and numerical simulation were conducted. Results of EMMS show that the model have the same tendency of results of Shi, Wand and Li (2011), who developed EMMS/Bubbling model.

Los materiales compuestos nanoestructurados son considerados una opción prometedora para la concepción de materiales multifuncionales. Sin embargo, la falta habitual de interacción entre los componentes orgánicos e inorgánicos en los materiales híbridos nanoestructurados comporta unas propiedades macroscópicas anisotrópicas que limitan su uso. Por ello, se hace necesario el diseño de la interfase formada entre los componentes mencionados a fin de mejorar sus prestaciones. En esta Tesis Doctoral se ha optado por el uso de dióxido de carbono supercrítico (scCO2) para la modificación superficial de nanopartículas inorgánicas y para la preparación de materiales híbridos nanoestructurados. Estos procesos supercríticos, diseñados como sostenibles, se proponen como sustitutos de técnicas convencionales que empleen disolventes orgánicos. El tratamiento superficial de nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) con octiltrietoxisilano se ha empleado como sistema de estudio para evaluar el uso de recubrimientos de alcoxisilanos bifuncionales como promotores de adhesión de partículas inorgánicas nanométricas. El scCO2 se emplea como disolvente del alcoxisilano para la silanización del TiO2. También se han llevado a cabo estudios fundamentales de solubilidad de octiltrietoxisilano en CO2 y de la cinética del proceso de silanización del TiO2. La modulación de las propiedades fisicoquímicas del scCO2 con la presión y la temperatura permite el control de las características del recubrimiento con silano. El proceso de silanización supercrítico se ha extendido a diferentes sistemas alcoxisilano-nanopartículas inorgánicas. Asimismo, se ha evaluado la tecnología de scCO2 para la preparación de materiales híbridos nanoestructurados que contengan nanopartículas inorgánicas silanizadas. El tratamiento superficial de las nanopartículas favorece la distribución homogénea de éstas en el material híbrido y mejora la interacción relleno-matriz orgánica. Se han procesado matrices biopoliméricas de interés en ingeniería tisular, compuestas de ácido poliláctico o la mezcla iv polimetilmetacrilato/policaprolactona, con adiciones de nanopartículas de TiO2 o hidroxiapatita, respectivamente. Para su procesado, se ha empleado scCO2 como no-disolvente utilizando la técnica Particles from a Compressed Anti-Solvent (PCA). Además, se han preparado partículas híbridas formadas por una mezcla lipídica de aceite de ricino hidrogenado y glicerilmonoestearato con adiciones de TiO2 y cafeína, con posibles aplicaciones en cremas para uso tópico. Estas partículas sólidas lipídicas se han obtenido usando la técnica Particles from Gas Saturated Solutions (PGSS) que emplea scCO2 como soluto. Por último, el proceso de silanización supercrítico se ha ensayado para materiales híbridos complejos multiescalados. Se han procesado materiales de base cemento empleando un proceso supercrítico de carbonatación-silanización en dos etapas. Primero, el cemento se carbonata de manera acelerada usando scCO2 como agente de carbonatación. Este cemento, ya carbonatado, se somete, finalmente, a un tratamiento hidrofóbico mediante silanización supercrítica, para su posible aplicación en confinamiento de residuos peligrosos en ambientes húmedos o como material de construcción duradero. / Nowadays, society is asking for a global changing in the way of manufacturing goods in a more sustainable manner. Indeed, the weight of the classical factors (cost, quality, appearance) influencing the acceptance of a certain good in the market have currently changed. Manufacturing requirements and regulations concerning environment protection (e.g., resource consumption, sustainability, toxicity, CO2 footprint, recycling potential) and quality features (e.g., product guarantees, durability against aggressive environments, corporate vision) are aspects of increasing concern. The competitive position of a company is influenced by seizing the opportunities and challenges and by managing the risks that the changeable market has. As a consequence, the industry is continuously looking for smart and innovative solutions for the design and manufacturing of materials with novel properties and increased added value, and for the production of materials already existing in the market in a more efficient manner. Nanostructured hybrid composites have emerged as a promising class of innovative materials for many industrial sectors (e.g., energy, optoelectronics, biomedicine, cosmetics). The multicomponent composition of these materials provides them with unique properties arising from the synergistic combination of the characteristics of their individual components structured at the nanolevel. Nevertheless, in numerous hybrid materials, the lack of coupling or bonding between the components often leads to anisotropic macroscopic properties, limiting their use. Hence, the interaction at the interphase between hybrid components must be properly engineered to enhance materials properties. In this PhD Thesis, the quest for sustainable and environmentally friendly processes led to the use of supercritical carbon dioxide (scCO2) for both the surface modification of nanometric inorganic particles and the preparation of nanostructured hybrid materials. These processes are designed for the replacement of conventional methods using organic solvents. vi Bifunctional alkoxysilane molecules, acting as adhesion promoters, are, herein, investigated for the surface modification of nanometric inorganic particles. The surface treatment of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles with octyltriethoxysilane is taken as the model system for study. In terms of processing, scCO2 is used as the solvent of choice for alkoxysilanes for the surface modification of TiO2. Fundamental studies on the solubility of the used silane in CO2 in the pressure range 8-18 MPa at two different temperatures (318 and 348 K) and on the kinetics of the TiO2 silanization process are performed. For the scCO2-aided silanization process, studies are conducted to ascertain the effects and interactions of the operating variables on the properties of the final material. Results show that the tunable physicochemical properties of scCO2 with pressure and temperature (e.g., density, solvation power) allows the engineering control of the characteristics of the silane coating. Examples of the extension of the application of the supercritical silanization process to other sets of alkoxysilanes and inorganic nanoparticles are also presented. The preparation of hybrid materials including silanized inorganic nanoparticles and organic matrices is further tested using scCO2 technology. Surface treated nanoparticles are used to facilitate the homogeneous distribution of the nanoparticles within the matix and to improve the inorganic filler-organic matrix interaction. Biopolymeric matrices of either poly(L-lactic acid) (L-PLA) or the blend poly(methylmethacrylate)/poly(ε-caprolactone) (PMMA/PCL) loaded with nanometric titanium dioxide or hydroxyapatite, respectively, are prepared. To obtain these hybrid materials, scCO2 is employed as an anti-solvent, using the Particles from a Compressed Anti-Solvent (PCA) technique. Studies are performed to pursue the effect of the processing conditions on the morphology of the precipitated hybrid materials. The resulting material, obtained in the form of fibers, has suitable properties for its potential application in tissue engineering. In a different system, hybrid particles composed of a lipidic matrix (hydrogenated castor oil/glyceryl monostearate) loaded with silanized titanium dioxide and caffeine are prepared. The Particles from Gas Saturated Solutions (PGSS) technique, assisted by the use of scCO2 as a solute, is employed for the production of these solid lipid particles. The obtained hybrid material is evaluated concerning the drug carrier and release ability and the UV-shielding capacity. The UV-light protection and photoaging prevention capacity of the lipid-based hybrid material provide excellent properties for the use of these particles in the formulation of sunscreens and pharmaceutical dermal products. vii Finally, the possibility of extending the supercritical silane treatment to multiscale complex hybrid materials is assessed. The technology based on the use of scCO2 is presented for the two-step carbonation-silanization process of cement-based materials. In the first step, the carbonation of cement is accelerated using scCO2 as the carbonation agent. The effects of the cement formulation and process operation conditions on the microstructure and physicochemical properties of carbonated samples are evaluated. The carbonation process is followed by the hydrophobic treatment of the carbonated samples using a supercritical silanization method. The surface modification of carbonated cement with octyltriethoxysilane confers water repellence to the material. The carbonation-silanization process is scheduled and integrated to mitigate the consumption of raw materials and the use of facilities.