Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:39:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336494.pdf: 19305094 bytes, checksum: bd3e8e7dd691846e7ea65f6bf34138b3 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho apresenta uma abordagem numérica e experimental aplicada a fornos túnel, usados na produção de blocos cerâmicos. Na parte experimental foi feito um levantamento detalhado sobre as variáveis envolvidas no processo, como as vazões de ar e de gases de combustão, consumo de combustível, produção e temperaturas diversas. Análises de gases de combustão também foram efetuadas. A simulação numérica foi feita através de modelo numérico desenvolvido com o auxílio de um software comercial, capaz de resolver o problema térmico de um forno túnel completo e analisar a influência de diversos parâmetros na operação do equipamento. O modelo é baseado no método dos Volumes Finitos e resolve o problema do escoamento de gases, a movimentação da carga e as trocas de calor no interior do forno. Para a modelagem dos fenômenos da turbulência e radiação foram empregados os modelos RANS e DTRM, respectivamente. Resultados como o padrão de escoamento de gases no interior do túnel e da carga, perfis de temperatura diversos, a influência de detalhes construtivos do forno, parcelas de distribuição da energia da combustão foram obtidos. Comparações entre os resultados experimentais e numéricos foram executadas, demonstrando que o modelo é bastante adequado para estimar o comportamento térmico global deste tipo de forno. <br> / Abstract : This work presents a numerical and experimental analysisof a tunnel kiln, applied to the production of ceramic bricks. The experimental approach consists of a detailed survey of thevariables involved in the process, as the flow of air and combustion gas, fuel consumption, production and temperatures.Flue gas analyzes were also performed. The numerical analysiswas performed through numerical modeling developed with theassistance of commercial software, able to solve the heatproblem of a complete tunnel kiln and analyze the influence ofvarious parameters in operating the equipment. The model isbased on the finite volume method and solves the problem of gasflow, the movement of the load and heat exchange within thefurnace. For the modeling of turbulence and radiation phenomenawere employed a RANS and the DTRM models, respectively.Results as gas flow inside the tunnel, temperature profiles, theinfluence of constructive details of the furnace and the energydistribution plots were obtained. Comparisons between experimental and numerical results were performed, showing thatthe model is quite adequate to estimate the overall thermal behavior of this type of kiln.

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

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T06:35:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 194281.pdf: 11890898 bytes, checksum: a9b856f3927bfb91696f152e44eef628 (MD5) / Este trabalho, desenvolvido como tema de uma tese de doutorado sanduíche, no escopo da parceria do Laboratório de Mecânica de Precisão - LMP da UFSC, com o Laboratório de Máquinas Ferramentas - WZL da RWTH Aachen, apresenta um estudo das características de comportamento para o processo de usinagem da liga de titânio Ti6Al4V sob a condição de aplicação de Mínima Quantidade de Fluido de Corte - MQF. Para avaliar o efeito da lubrificação obtido com MQF foi escolhido o processo de furação, onde o fluido de corte foi aplicado por bicos externos e pelo interior da broca de metal-duro. Com o apoio dos fabricantes de ferramentas de corte foram efetuadas modificações na geometria das ferramentas, objetivando uma redução da quantidade de calor gerado na formação do cavaco, contribuindo para o sucesso da furação com MQF. Os resultados mostram um bom potencial na furação

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T10:46:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / No presente trabalho é avaliado o processo transiente de absorção de fluido refrigerante por óleo lubrificante quando submetido a diferentes condições de temperatura e pressão, buscando descrever o fluxo de massa através da interface gás líquido, e a convecção natural na fase líquida. O líquido é tratado como uma mistura formada pelo fluido refrigerante e óleo lubrificante. Dois tipos de mistura são considerados, fluido refrigerante R12 e óleo mineral SUNISO 1GS, e fluido refrigerante R134a e óleo éster EMKARATE RL10H. As solubilidades dos fluidos refrigerantes nos óleos lubrificantes são determinadas experimentalmente para uma ampla faixa de temperatura e pressão. No trabalho, diferentes modelos matemáticos são aplicados com o objetivo de descrever o processo transiente de absorção do fluido refrigerante pelo óleo lubrificante. Nestes modelos faz-se uso das equações de conservação que regem o fenômeno físico, e das relações de equilíbrio termodinâmico que são determinadas experimentalmente. É explorado inicialmente um modelo unidimensional e isotérmico assumindo uma altura da fase líquida variável, sendo esta função da quantidade de refrigerante absorvido pelo

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-22T06:08:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Diversas operações e procedimentos na indústria do petróleo estão relacionados ao deslocamento imiscível de um fluido por outro, podendo-se citar: a elevação natural e artificial do óleo a partir dos poços, o bombeamento através de dutos de óleos de viscosidade elevada mediante a injeção conjunta de água e a recuperação secundária de petróleo. A eficiência deste último tipo de processo é uma conseqüência direta dos fenômenos interfaciais característicos de sistemas água-óleo. Também o fenômeno de inversão de fases, como acontece no caso de vazamento de óleo a partir de dutos submersos, pode ser considerado dentro desta temática. Neste contexto, é importante uma análise experimental de estabilidade da interface água-óleo bem como dos fatores que levam ao aparecimento do fenômeno de digitação, representado pelo escoamento viscoso de uma das fases que avança para o interior da outra na forma de um ou mais fingers. O modelo matemático utilizado para descrever o deslocamento imiscível de um fluido por outro é desenvolvido inicialmente para células de Hele-Shaw. Observações experimentais com uma célula de Hele-Shaw possibilitam avaliar o modelo proposto e sua aptidão para descrever adequadamente o fenômeno da digitação viscosa devidamente relacionado às propriedades físicas (densidade, viscosidade e tensão interfacial) e geométricas do sistema.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-18T11:33:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T00:37:02Z : No. of bitstreams: 1 186483.pdf: 9810492 bytes, checksum: 646d24ca510df68a42ab5030c909780c (MD5) / O surgimento de leis cada vez mais severas e as crescentes pressões dos órgãos ambientais para reduzir os danos da produção industrial sobre meio ambiente, como por exemplo o causado pelos fluidos de corte (descarte dos fluidos contaminados, perdas durante o processo, vaporização etc.), estimula o desenvolvimento de trabalhos no sentido de diminuir o impacto ambiental dos processos de fabricação e contribui para que se atinja uma produção mais limpa. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento do desgaste, das forças de usinagem e da qualidade superficial em insertos de metal-duro revestidos com TiN no processo de torneamento. Neste estudo são empregadas seis condições de fluidos de corte: usinagem com emulsão, usinagem a seco e usinagem com a mínima quantidade de fluido de corte (MQFC), variando-se os fluidos entre emulsão, óleo vegetal, óleo mineral e bissulfeto de molibdênio. Os experimentos são realizados para o torneamento cilíndrico longitudinal no aço SAE 1040. Visando obter informações tecnológicas para os sistemas produtivos, foram escolhidos insertos de metal-duro usualmente utilizados em chão-de-fábrica. Nestes ensaios são analisados a evolução do desgaste de flanco (VBmáx.), o comportamento das forças de usinagem (força de corte, força de avanço e força passiva) e a qualidade da superfície (Ra e Rt) gerada para cada combinação inserto/fluido. Nos resultados finais pode ser observada a influência da eliminação do fluido de corte neste processo, uma vez que o fluido de corte, observado sob o aspecto ecológico, mostra-se como um agente nocivo ao meio ambiente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-19T08:04:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T23:12:03Z : No. of bitstreams: 1 176582.pdf: 21406176 bytes, checksum: e4aa880704671769e72c4acc41c06846 (MD5) / O principal objetivo deste trabalho é analisar o comportamento das forças na usinagem e da vida da ferramenta no processo de fresamento de topo reto com a eliminação ou minimização do fluido de corte. Utilizaram-se fresas inteiriças de metal-duro e aço-rápido, com e sem revestimento de carbonitreto de titânio (TiCN). As ferramentas de metal-duro são de mesma geometria, assim como as de aço-rápido, todas com 10 mm de diâmetro, dois gumes e haste cilíndrica. Nesse estudo foi empregada a usinagem a seco, a usinagem com emulsão e a usinagem com mínimas quantidades de fluido de corte vegetal e mineral (MQFC). Obtiveram-se, assim, informações tecnológicas que permitem uma comparação entre as situações atuais de produção que utilizam emulsão como meio lubri-refrigerante (fluido de corte) e a usinagem com eliminação ou minimização do fluido de corte. Essa característica é importante do ponto de vista econômico e ecológico, pois no processo de fresamento os custos envolvidos desde a compra até o descarte do fluido são, na maioria das vezes, maiores que os benefícios proporcionados à ferramenta em termos de vida, além dos prejuízos à saúde do operador e ao meio ambiente causados pelos fluidos. Nos experimentos foi monitorada também a evolução do desgaste na face e nos flancos de cada gume da ferramenta. O material utilizado para a execução dos ensaios foi o aço SAE 1040 e as condições de usinagem selecionadas para a operação de desbaste. A avaliação dos resultados obtidos mostrou que a utilização de emulsão é prejudicial à vida da ferramenta na maioria dos casos analisados. Esse aspecto ratifica a tendência de eliminação do fluido de corte no processo de fresamento de topo reto. Outra conclusão importante refere-se aos benefícios do revestimento TiCN ao processo de fresamento em termos de taxa de usinagem Q, pois esse tipo de revestimento permite a utilização de maiores velocidades de corte, assim como proporciona maiores vida à ferramenta de corte.

Resumo

Resumo: O conceito de velocidade terminal é largamente utilizado na modelagem, projeto e otimização de diversos processos industriais, e o estudo do tema é motivado devido à possibilidade de aplicações em diversos sistemas, como no craqueamento catalítico por leito fluidizado e tratamento de água. A literatura traz muitos estudos sobre velocidade terminal de uma única partícula em um meio contínuo, mas poucos em sistemas trifásicos, e nem todos descrevem certos detalhes como regime de bolhas e trajetória real da partícula em queda. Aparentemente os resultados apresentados em outros estudos são conflitantes em relação ao aumento ou a diminuição da velocidade terminal, comparando a ausência e presença de gás disperso em um meio líquido contínuo. Devido à quantidade limitada de modelos que levem em conta ambas as fases fluidas e outras características do sistema fora de parâmetros empíricos e fatores de segurança, bem como os aparentes conflitos entre os resultados reportados em literatura, neste trabalho utilizou-se uma coluna de bolhas com diâmetro fixo e esferas de plástico de diversos diâmetros e densidades, para verificar como a velocidade terminal é influenciada pela presença de bolhas, bem como pela trajetória que a partícula percorre em sua queda pela coluna. As esferas apresentam trajetórias distintas da retilínea (como oblíqua e helicoidal). Esta alteração na trajetória retilínea influencia na velocidade terminal da partícula. Quando há um fluxo ascendente de líquido, o perfil de velocidade promove uma influência pouco significativa. A presença de bolhas provoca a diminuição da velocidade terminal da maior parte das esferas analisadas, chegando a uma diminuição de até 51%, exceto para as de maior diâmetro, devido à colisão das esferas com as bolhas, e uma estabilização das oscilações sofridas pelas esferas de maior diâmetro, provocando um aumento da velocidade terminal de até 19%. A influência do fluxo de bolhas também está ligada à proximidade com a parede da coluna, pois a concentração de bolhas é maior na parte central da coluna. Os modelos apresentados em literatura para estimativa da velocidade terminal em meio trifásico não apresentam resultados satisfatórios se comparados aos dados experimentais, tendendo a superestimar a velocidade terminal da partícula, possivelmente devido à ausência de parâmetros que considerem os efeitos da trajetória e/ou da presença das bolhas. Os resultados obtidos e a quantificação dos efeitos da trajetória, do perfil de velocidades da fase líquida e da presença de bolhas sobre a velocidade terminal da partícula fornecem informações importantes que podem permitir a melhoria e desenvolvimento de novos modelos onde haja a necessidade de utilizar a velocidade terminal de partículas na presença de mais de uma fase fluida, como a decantação e fluidização.

Orientador : Prof. Dr. Christian Johann Losso Hermes / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 31/07/2015 / Inclui referências : fls. 111-115 / Área de concentração: Fenômenos de transportes e mecânica dos sólidos / Resumo: O transporte de detergente entre compartimentos e através do tecido durante o processo de lavagem em lavadoras domésticas de carregamento superior (eixo vertical) são estudados no presente trabalho. Uma metodologia experimental foi desenvolvida com o intuito de observar a variação temporal da concentração de detergente em cada compartimento como também numa sonda que simula uma peça real de tecido. Realizou-se um experimento fatorial completo o qual evidenciou que o local de inserção do detergente assim como a velocidade de agitação são os fatores determinantes do processo. Criou-se um modelo transiente global para simular o transporte advectivo-difusivo do detergente. As equações diferenciais ordinárias foram resolvidas numericamente utilizando um algoritmo de incremento de tempo adaptativo. Os parâmetros de fechamento adotados no modelo foram obtidos através dos dados experimentais, o que evidencia o caráter semi-empírico do modelo. As previsões do modelo para a variação temporal da concentração de detergente e os dados experimentais tiveram concordância dentro de uma faixa de incerteza de medição (~15%) para a maior parte dos casos vistos. Palavras-chave: Transferência de massa. Análise experimental. Simulação transiente. Transporte de detergente. Lavadora de roupa. / Abstract: The detergent transport between the compartments and through the garments during the washing process in household top-load washing machines is investigated. An experimental methodology was put forward for evaluating the time evolution of the detergent concentration in each compartment, and also in a probe enveloped by a cottonlinen that emulates the garments. The experiments were carried out following a full factorial experiment, pointing out the detergent insertion location and the agitation speed as the rate-determining factors. A lumped transient model was advanced for the advective-diffusive transport of detergent. The set of ODEs was solved numerically through an adaptive time-step algorithm. The closing parameters required by the model were reduced from the experimental data, thus providing the model with a semi-empirical character. The model predictions for the time evolution of the detergent concentration and the experimental data agreed to within the range of the measurement uncertainties (~15%) for the cases majority. Keywords: Mass transfer. Experimental analysis. Transient simulation. Detergent transport. Washing machine.