Este trabalho tem como propósito investigar como a variação geométrica de determinados parâmetros envolvidos na construção de uma geometria bifurcada de seção circular, em forma de Y, afeta a resistência ao escoamento, tanto de fluidos newtonianos como não newtonianos. As geometrias estudadas foram construídas utilizando-se o princípio do Design Construtal. Os parâmetros variados foram a relação entre os comprimentos dos dutos pais e filhos, a relação entre os diâmetros dos mesmos dutos, e o ângulo central da estrutura em forma de Y. Para as relações geométricas lineares foram utilizados os valores de 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 e 1, enquanto para os ângulos, foram utilizados os valores de 155°, 135°, 115°, 95°, 75°, 45°, 25° e 10°. Os fluidos utilizados foram do tipo newtoniano e não newtoniano, dentre estes últimos, foram estudados fluidos pseudoplásticos e dilatantes. O trabalho foi realizado através de simulações numéricas, implementadas com a utilização do software comercial Ansys Fluent, o qual resolve as equações governantes através do método dos volumes finitos. As malhas utilizadas foram do tipo poliédrica. Os resultados indicam que há uma diferença em relação ao que se espera da literatura para as relações entre os diâmetros e os comprimentos. A Lei Hess-Murray indica que estas relações ótimas seriam de 2-1/3 para as relações entre os diâmetros e comprimentos. No presente trabalho, foram determinadas relações entre os diâmetros próximas de 0,6, e entre os comprimentos, iguais a 1. Os ângulos ótimos ficaram localizados no intervalo entre 100° e 135°. / This work aims to investigate how the geometric variation of certain parameters involved in the construction of a bifurcated Y-shaped circular cross-section geometry affects the flow resistance of both Newtonian and non-Newtonian fluids. The geometries studied were constructed using the Constructal Design principle. The parameters were the relationship between the lengths of the daughter and parent ducts, the relationship between the diameters of the same ducts, and the central angle of the Y-shaped structure. For the linear geometric relations, values of 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 and 1 where used, for the angles, the values of 155 °, 135 °, 115 °, 95°, 75 °, 45 °, 25 ° and 10 ° were used. The fluids used were of the Newtonian and non-Newtonian type, among the latter, pseudo plastic and dilatant fluids were studied. The work was carried out through numerical simulations, implemented with the commercial software Ansys Fluent, which solves the governing equations through the finite volume method. The meshes used were of the polyhedral type. The results indicate that there is a difference in relation to what is expected from the literature for the relationships between diameters and lengths. The Hess-Murray Law indicates that these optimal relations would be 2-1/3 for the relationships between diameters and lengths. In the present work, relationships between the diameters close to 0,6 were found and s equal to 1 between the lengths. The optimum angles were located in the range between 100 ° and 135 °.

A simulação numérica de escoamentos reativos, como a combustão, tem um caráter altamente não-linear devido a presença de diversas reações químicas que acontecem entre as espécies que descrevem o processo de oxidação do combustível. Além disso, tais processos ocorrem a nível molecular, tornando o sistema de equações governantes rígido, o que implica na necessidade de esquemas numéricos de alta ordem bem como malhas finas e passo de tempo pequeno, aumentando consideravelmente o custo computacional. Neste sentido, o uso de mecanismos de oxidação detalhados na simulação numérica é proibitivo, e técnicas de redução química são necessárias de modo a desenvolver modelos reduzidos com menos variáveis e rigidez moderado, mantendo a precisão e abrangência do modelo detalhado. O objetivo do presente trabalho é obter uma comparação dos resultados obtidos para duas técnicas de redução química diferentes, Directed Relation Graph - DRG, baseada no desenvolvimento de mecanismos esqueletos, e a Reaction Diffusion Manifolds - REDIM, baseada na separação das escalas de tempo. Como validação dos modelos propostos, simulações numéricas 1D de chamas pré-misturadas e não pré-misturadas, bem como de reatores homogêneos, são desenvolvidas. Além disso, uma estratégia que une as duas técnicas de redução é apresentada, com o objetivo de ser aplicada em mecanismos cinéticos grandes. / Numerical simulation of reactive flows, such as combustion, has a highly non-linear character due to the presence of several chemical reactions that occur among the chemical species that describe the process of fuel’s oxidation. Besides, such processes occur at a molecular level, making the system of governing equations stiff, which implies in the need of high order numerical schemes as well as fine meshes and small time step, enhancing considerably the computational cost. In this sense, the use of detailed oxidation mechanisms in the numerical simulation is prohibitive, and chemical reduction techniques are needed in order to develop reduced models with less variables and moderate stiffness, while maintaining the accuracy and comprehensiveness of the detailed model. The objective of the present works if to obtain a comparison between two chemical reduction techniques, the Directed Relation Graph - DRG, based on the skeletal mechanisms generation, and the Reaction Diffusion Manifolds - REDIM, based on the separation of time scales. As validation of the proposed models, one-dimensional numerical simulations of premixed and non-premixed flames, as well as homogeneous reactors, are carry out. Besides, a coupled methodology between DRG and REDIM is presented, that will provide a useful tool for simulation of fuels with very large detailed kinetic mechanisms.

Submitted by Victor Bouzas Regueira (victor_bouzas@hotmail.com) on 2018-05-29T21:12:35Z No. of bitstreams: 1 Regueira2018_DissertaçãoMestrado_VersãoFinalparaositedoPEI.pdf: 3318502 bytes, checksum: 980e51d5dac6657118bdeb7f2b8cd65d (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2018-06-05T14:41:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Regueira2018_DissertaçãoMestrado_VersãoFinalparaositedoPEI.pdf: 3318502 bytes, checksum: 980e51d5dac6657118bdeb7f2b8cd65d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-05T14:41:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Regueira2018_DissertaçãoMestrado_VersãoFinalparaositedoPEI.pdf: 3318502 bytes, checksum: 980e51d5dac6657118bdeb7f2b8cd65d (MD5) / FAPEX (Petrogal) / As equações de estado cúbicas ainda são predominantes em aplicações industriais, devido a sua simplicidade e eficiência, mesmo face ao desenvolvimento frequente de novas equações de estado. No entanto, o seu estudo e aplicação para a modelagem termodinâmica de fluidos de reservatório de petróleo é bastante desafiador devido à alta complexidade da composição dessas misturas, constituídas predominantemente de hidrocarbonetos, com a presença típica de uma complexa fração de hidrocarbonetos pesados. Os componentes leves da mistura são facilmente identificados e suas propriedades estão disponíveis na literatura. O grande desafio está associado à fração pesada (ou resíduo), composta por inúmeros componentes e comumente agrupada como uma fração Cn+, sendo necessário o uso de técnicas de caracterização para sua modelagem termodinâmica com equações de estado. A caracterização da fração pesada se baseia na utilização de dados experimentais disponíveis e diversos procedimentos matemáticos para obter as propriedades representativas da fração pesada do petróleo. Apesar da evolução e aperfeiçoamento ocorridos em algumas etapas dos métodos de caracterização, ainda não há um consenso sobre a forma mais adequada para se obterem os melhores resultados, principalmente em função da enorme variedade das características desses fluidos. Esse trabalho buscou contribuir para a ampliação dos conhecimentos sobre métodos de caracterização da fração pesada do petróleo, avaliando o impacto do uso de diversas distribuições estatísticas, estratégias de agrupamento e correlações empíricas para o cálculo das propriedades críticas e fator acêntrico, além de técnicas para ajuste fino dos parâmetros das equações de estado cúbicas. Foram realizadas análises de todas as etapas dos métodos de caracterização clássicos e os efeitos de cada etapa nas propriedades termodinâmicas foram quantificados e comparados para vários óleos da literatura. Diversas propriedades foram analisadas através de cálculos com equações de estado cúbicas, como a pressão de bolha e a modelagem da curva de saturação após a injeção de CO2 puro e impuro. Ademais, outras propriedades também foram avaliadas, como a densidade, a viscosidade, e a pressão mínima de miscibilidade (PMM), com a abordagem clássica da tie-line. Além disso, múltiplas melhorias são propostas, como modificações nas etapas de ajuste de parâmetros das equações cúbicas, obtendo-se resultados satisfatórios para as técnicas propostas. Por fim, um novo método de splitting, baseado na distribuição q-Weibull, é também proposto para obter as curvas de distribuição de massa molar e de gravidade específica, com uma melhor capacidade de previsão e de ajuste que as distribuições clássicas.

O mercado de biorreatores com membranas (BRMs) têm exibido alto crescimento. Contudo, o fouling diminui o desempenho desses sistemas drasticamente. A aeração promove a mitigação do fouling, mas possui alto custo operacional (de até 70% do total da demanda energética) e é utilizada de forma otimizada apenas 10% das vezes, gerando a necessidade de estudos sobre a hidrodinâmica em BRMs. Ferramentas de dinâmica de fluidos computacional (CFD) são úteis para esse tipo de análise. Um dos primeiros passos para encontrar uma solução apropriada em simulações numéricas é propor uma modelagem correta. Dentre os fenômenos a serem modelados, os efeitos da turbulência são provavelmente um dos mais importantes; porém, nenhum artigo que comparasse predições com base na escolha de modelo de turbulência para simulações de sistemas BRM foi encontrado. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi verificar a importância da escolha do modelo de turbulência para simulações de biorreatores com membranas através de CFD. Para isso, as predições obtidas de velocidade local próxima às superfícies das membranas e de tensão cisalhante nessas superfícies para duas taxas de aeração, 5 e 15 m³/h, empregando dois modelos de turbulência, k-ϵ com funções de parede para alto (aR) e para baixo número de Reynolds (bR) e k-ω SST (Shear Stress Transport) com funções de parede automáticas, na análise de um sistema BRM foram comparadas entre si e com dados experimentais e simulados disponíveis na literatura. Os perfis temporais da velocidade e da tensão cisalhante exibiram alta variabilidade no período das oscilações em certos pontos, exigindo um longo tempo de escoamento para a convergência das variáveis locais. Identificou-se a necessidade de outorgar maior importância à definição do intervalo de tempo de coleta de dados experimentais, de modo a adquirir médias representativas do perfil dinâmico das variáveis e destes perfis serem também analisados para comparações mais definitivas entre resultados de simulações e medições experimentais. As diferenças, entre as medições experimentais da literatura e predições, obtidas pelas simulações deste trabalho foram, no geral, de ordem similar ou menores que as obtidas pelas simulações na literatura. Além disso, maior atenção deve ser dada à escolha da estratégia de modelagem de turbulência, visto que houve alta sensibilidade das predições, que variaram em até 21,6% dependendo dessa escolha. / Membrane bioreactors (MBR) market has been showing high growth rates over recent years. However, membrane fouling drastically reduces MBR overall performance. Aeration promotes fouling mitigation, but at a high operational cost (up to 70% of the MBR energy demand) and it is optimally employed only in 10% of the cases. This created the need of studies focused on MBR hydrodynamic. Computational fluid dynamics (CFD) is a useful tool for hydrodynamic analysis. One of the first steps in finding a proper solution for numerical simulation is proposing a correct modelling. Among the phenomena to be modelled for MBR simulations, turbulence effects are probably one of the most important; nevertheless, no paper comparing the predictions based on the turbulence model choice for MBR simulations was found. In sight of that, this work aimed to verify the relevance of the choice of turbulence model for MBR simulations through CFD. Predictions of local velocities near membranes surfaces and of local shear stress on those surfaces, for two aeration rates (5 and 15 m³/h), employing k-ϵ with wall functions for high (aR) and low (bR) Reynolds number and k-ω SST with automatic wall functions, on the analysis of a MRB system, were compared between each other and with experimental and simulated data available in the literature. The velocity and shear stress temporal profiles showed oscillations with highly variable periods in some points, which required a long process real time to verify the local variables convergence. It was identified the need to give more importance to the definition of the time interval for experimental data collection in order to acquire reliable temporal means; also, one must properly analyze the temporal profiles for more definitive comparisons between predictions and experimental measurements. The differences, between experimental data and predictions, obtained through this work simulations were, in general, of similar order or smaller than the ones reported in the literature. Besides, more attention must be given to the turbulence modelling choices, since the predictions obtained here were highly sensitive to those choices, showing differences up to 21,6% among them.

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Da a conocer la problemática que afrontó la tienda T- 14 Wong por sus cambios estructurales y ampliaciones a lo largo de varios años, generando que la distribución inicial de los equipos de aire acondicionado no otorgasen confort térmico, creando grandes deltas de temperatura dentro del local (temperatura no uniforme) lo que generó quejas de los clientes y un ambiente laboral inadecuado para los trabajadores. Así mismo se presentarán propuestas para la optimización del sistema de aire acondicionado, realizando luego una evaluación técnica - económica básica de donde se obtendrá la mejor alternativa para su instalación y posterior operación. Este estudio se presentará en cinco etapas para conseguir el objetivo principal; análisis preliminar de la tienda (problema que justifica el presente estudio, mediciones de la temperatura con láser, medición de las velocidades de aire, etc.), cálculo de cargas térmicas (se considerarán las fuentes de calor principales, además del efecto estacional como verano e invierno), selección de equipos (evaluando la marca y su tecnología para el cuidado del medio ambiente junto con la elaboración de propuestas), análisis técnico – económico (consideración de tiempos, administración de recursos, etc.), simulación usando ANSYS CFX (Definición del volumen de control, creación de la geometría, mallado y evaluación de las condiciones de frontera). Se utiliza como información base el ASHRAE Handbook, por su vigencia en el mercado internacional. Mediante la simulación se demostrará cómo funciona el sistema de aire acondicionado antes de ejecutar la optimización y como funciona actualmente, comparando y visualizando los parámetros fluido-dinámicos como la temperatura, presión, densidad y velocidad del aire. Todo el análisis que se presentará a continuación se basa en conceptos básicos de: dinámica de fluidos, termodinámica, refrigeración y aire acondicionado. / Trabajo de suficiencia profesional

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Calcula y selecciona el sistema de la red de distribución de agua potable, que tendrá la capacidad de abastecer a la instalación del hospital en todas sus necesidades de consumo de agua, brindando de esta forma un servicio de calidad a la población chalaca, acorde a un establecimiento de salud del segundo nivel de atención. / Trabajo de suficiencia profesional

Dissertação ( mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T18:33:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T16:29:24Z : No. of bitstreams: 1 175748.pdf: 1364119 bytes, checksum: 48bcd6d4af63931e71aa1440558cf601 (MD5) / O estudo do escoamento de fluidos em difusores radiais tem se revestido de grande interesse tendo em vista sua larga aplicação na área da engenharia. O presente trabalho é uma avaliação da metodologia apresentada por Peters (1994), o qual sugeriu uma forma alternativa para a modelação numérica de escoamentos radiais com alimentação radial: a substituição da variável V (velocidade transversal) pela variável rV (proporcional à vazão) nas Equações de Navier-Stokes, utilizando Interpolação QUICK Consistente (Hayase, 1992). No presente trabalho, adotou-se a discretização em malha desencontrada, buscando obter uma melhor estabilidade numéricas nos resultados. A implementação desta metodologia, com arranjo em malha desencontrada, gerou resultados numericamente mais estáveis e consistentes com a realidade física, reduzindo drasticamente as oscilações espúrias existentes.

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Desarrolla los cálculos para la selección adecuada de una bomba sanitaria para el trasvase de yogurt, esto en base a las ecuaciones que gobiernan a los fluidos no newtonianos y con la ayuda de información determinada experimentalmente en laboratorio, de acuerdo a esto el yogurt es considerado un fluido no newtoniano. Para realizar la correcta selección de la bomba para trasvase de yogurt se deberá determinar correctamente los parámetros de caudal, atura dinámica total, potencia, velocidad de operación, etc. Esto nos permitirá seleccionar un equipo eficiente. / Trabajo de suficiencia profesional

[pt] O escoamento de gás em fluidos complexos é um fenômeno presente em industrias como alimentos e bebidas, farmacêutica, química e petróleo e gás. Nesta pesquisa foi abordado o fenômeno de invasão de gás em pastas de cimento durante o processo de cimentação de poços de petróleo. Este problema é governado por diferentes parâmetros como tamanho, geometria e velocidade das bolhas, reologia do fluido, histórico de cisalhamento do material, pressão e vazão de injeção. Neste trabalho estuda-se experimentalmente a dinâmica de uma bolha de ar não esférica em regime de Stokes ou laminar, escoando em materiais que simulam pastas de cimento com diferentes níveis de viscosidade. As pastas de cimento e suas propriedades viscoplásticas e tixotrópicas são reproduzidas usando suspensões de Carbopol e Laponita, respectivamente. Apresenta-se também um modelo matemático simplificado para a dinâmica do fenômeno de migração de gás, com aplicação na indústria do petróleo. No estudo com Carbopo, investiga-se o efeito da tensão limite de escoamento e a relação entre forças viscosas e inerciais, e sua influência na dinâmica e na geometria da bolha de gás. A análise com Laponita visa simular o processo de invasão e migração de gás durante o processo de cura do cimento. O efeito da tixotropia no formato e na dinâmica de migração das bolhas é analisado. Estes resultados simulam também a complexa dinâmica da migração de gás em fluidos com reologia dependente do tempo, como as pastas de cimento ao longo de seu processo de cura. Observou-se a formação de bolhas de gás com geometria plana, que permitem o escoamento com baixa resistência e formam caminhos preferenciais, que podem se tornar canais de escoamento de gás a alta vazão. / [en] The gas flow in complex fluids is a phenomenon present in industries such as foods and beverage, pharmaceuticals, chemistry and oil and gas. In this research the phenomenon of gas invasion in cement pastes during the cementation process of wells of petroleum was analyzed. This problem is governed by different parameters such as bubble size, geometry and velocity, fluid rheology, material shear history, injection pressure and flow rate. In this work, we perform an experimental study of the dynamics of a non-spherical air bubble under a Stokes or laminar regime, flowing in materials that simulate cement pastes with different levels of viscosity. Cement pastes and their viscoplastic and thixotropic properties are reproduced using suspensions of Carbopol and Laponite, respectively. A simplified mathematical model for the dynamics of the phenomenon of gas migration, with application in the petroleum industry, is also presented. In the Carbopol study, the effect of the yield stress and the relationship between viscous and inertial forces and their influence on the dynamics and geometry of the gas bubble is investigated. The analysis with Laponite aims to simulate the process of invasion and gas migration during the cement cure process. The effect of thixotropy on the shape and dynamics of bubble migration is analyzed. These results also simulate the complex dynamics of gas migration in fluids with time dependent rheology, such as cement pastes during their curing process. The formation of gas bubbles with flat geometry has been observed, allowing the gas to flow with lower resistance and to form preferred paths that can become channels with high gas flow rates.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T07:04:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:12:01Z : No. of bitstreams: 1 142458.pdf: 3858480 bytes, checksum: d6726c54c5f5bde72d93233b0e9bfef4 (MD5)