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Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArquivoTotal.pdf: 3553755 bytes, checksum: 970cd8561fb907e2d361fd3f3d48f4ca (MD5) Previous issue date: 2013-08-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The present study presents a theoretical and experimental analysis of a cogeneration plant composed of one absorption chiller that uses technology NH3/H2O, a heat exchanger and a generator by natural gas. A thermodynamic model was developed in computational platform EES (Engineering Equation Solver) and it's based on ideal processes, information supplied by the engine manufacturer and the absorption chiller, as well as experimental results and literature. This work also aims to expose constructive characteristics, experimental methodology adopted, problems identified, interventions and the solutions adopted in the resolution of problems occurring. / O presente trabalho apresenta uma análise teórico-experimental de uma planta de cogeração, composta por um chiller de absorção que utiliza a tecnologia NH3/H2O, um recuperador de calor e um grupo gerador a gás natural. A modelagem termodinâmica foi desenvolvida na plataforma computacional EES (Engineering Equation Solver) e está embasada em processos ideais, dados fornecidos pelo fabricante do motor e do chiller de absorção, bem como em resultados experimentais e da literatura. Este trabalho visa também expor características construtivas, metodologia experimental adotada, problemas detectados, intervenções realizadas e as soluções adotadas na resolução dos problemas ocorridos.

L'objectif de ce travail de thèse est le développement d'un modèle numérique prédictif pour la simulation des phénomènes de postoxydation dans la ligne d’échappement d’un moteur à combustion interne. Le modèle a été écrit pour reproduire le processus d'auto inflammation des hydrocarbures durant la postoxydation, mais également l'évolution des polluants et des produits de combustion en général. Ceci a nécessité de mettre au point un schéma cinétique détaillé qui tienne compte de la chimie à basse température des hydrocarbures et de l'influence sur cette chimie des différentes espèces majeures présentes dans les gaz brûlés à postoxyder. Ces espèces sont le CO2, le H2O et le N2, qui agissent comme diluants, mais également des polluants tels que le CO ou les NOx. Ces derniers, même en faibles concentrations, peuvent avoir un effet important sur l’oxydation des hydrocarbures qui doit aussi être prise en compte dans le modèle chimique.Afin de considérer, en plus de la chimie, et les phénomènes physiques de la postoxydation, tels que la turbulence et les effets de mélange, ce schéma cinétique a été couplé à un modèle de combustion turbulente adapté à l'utilisation dans un code CFD 3D moteur. Ce couplage a été effectué via une tabulation a priori de la chimie, méthode qui permet de réduire considérablement le temps de calcul, tout en décrivant l'ensemble des phénomènes liés à la chimie détaillée. Une technique de tabulation de la cinétique chimique a donc été développée et implantée dans un code CFD. Une configuration permettant de représenter les phénomènes caractéristiques de la postoxydation dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne a été simulée. Les résultats permettent de mieux appréhender ces phénomènes et de proposer des solutions technologiques visant à leur optimisation / The aim of this PhD thesis is the development of a predictive numerical model capable of simulating hydrocarbon postoxidation in an IC engine exhaust line. The model should reproduce the auto-ignition of hydrocarbons, as well as the evolution of pollutants and combustion products under postoxidation conditions. For this purpose, a detailed kinetic reaction model was developed. It should be valid at low temperatures and under highly diluted conditions. The model should also take into account the effects of the major components of engine exhaust gas on hydrocarbon postoxidation. These are CO2, H2O, and N2, acting as diluting species, but also CO and NOx, which even in small amounts, may strongly impact hydrocarbon oxidation kinetics. These species must hence be considered for postoxidation modelling.In order to gather chemical and physical effects such as turbulence and mixing, the chemical kinetic mechanism was coupled with a turbulent combustion model designed for CFD 3D engine computations. An a priori tabulation methodology was developed, minimizing computational effort and the developed tabulation technique was validated under postoxidation conditions in an IC-engine exhaust line. The coupled chemical kinetics tabulation and turbulent mixing model was implemented in the CFD code IFP-C3D. Simulations were performed on a configuration representative of the physical phenomena characteristic of hydrocarbon postoxidation in exhaust lines. Results improved the understanding of postoxidation phenomena in an IC-engine exhaust line and propose technical solutions for an enhanced postoxidation control

Submitted by Rafael Santana (rafael.silvasantana@ufpe.br) on 2017-07-12T18:01:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Aida Avendano_Dissertacao_Eng Mecanica_UFPE.pdf: 2879829 bytes, checksum: 90b10e461eb8407986cea09be582a591 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-12T18:01:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Aida Avendano_Dissertacao_Eng Mecanica_UFPE.pdf: 2879829 bytes, checksum: 90b10e461eb8407986cea09be582a591 (MD5) Previous issue date: 2016-01-29 / PRH-PB203 EQUIPAMENTOS/PETROBRAS / O processo de transferência de calor e massa dentro de um absorvedor tubular em espiral de Brometo de Lítio-Água (LiBr/H2O), resfriado com água em contracorrente, foi simulado usando um modelo matemático não linear. Para a simulação criou-se um programa em Matlab, usando o método numérico iterativo. Na calibração da malha física foram utilizadas condições de trabalho do absorvedor e o coeficiente de transferência de massa efetivo, Kef, obtidos da literatura. O coeficiente de transferência de calor global, U, foi calculado usando a resistência térmica global dentro do absorvedor. Para o cálculo do coeficiente de transferência de massa e de calor da interface solução-vapor se utilizaram correlações de analogia de transferência de calor e massa. As distribuições da temperatura e concentração da solução de LiBr/H2O, e a temperatura da água de resfriamento ao longo do comprimento do absorvedor foram determinadas utilizando o programa desenvolvido e os resultados obtidos apresentaram uma boa concordância quando comparados com dados reportados na literatura. Finalmente, foi analisada a influência da variação de alguns dos parâmetros, tais como temperatura e vazão de entrada da água de resfriamento, comprimento do absorvedor e material do tubo absorvedor dentro do absorvedor utilizando o programa desenvolvido. Os resultados obtidos mostraram que o programa desenvolvido permite predizer o comportamento do processo de transferência de massa e calor dentro do absorvedor em espiral de LiBr/H2O, além de representar uma ferramenta para o dimensionamento e/ou otimização deste componente. / The mass and heat transfer process in a spiral tubular absorber of the Water/Lithium Bromide (LiBr/H2O), cooled with in counter-current, was simulated using a nonlinear mathematical model. For the simulation was developed a program in Matlab, using the iterative numerical method. For the calibration of physical mesh were used absorber working condition and effective mass transfer coefficient, Kef, obtained from the literature. The global heat transfer coefficient, U, was calculated using the global thermal resistance within the absorber. For the calculation of the mass and heat transfer coefficient of the interface vapor-solution are used analogy correlations of mass and heat transfer. The temperature distribution and concentration of LiBr/H2O, and the cooling water temperature along of the length of the absorber were determined using the program developed, and the result obtained showed good agreement when compared to the data reported in the literature. Finally, the influence of the variation the some parameters were analyzed, such as inlet temperature and mass flow of cooling water, length of the absorber and material absorber tube within the absorber using the developed program. The result obtained showed that this program allowed to predict the behavior of the mass and heat transfer process in the absorber spiral of the LiBr/H2O, also represents a tool for the design and/or optimization of this component.

Les dépôts saisonniers de glace de CO2 et de H2O jouent un rôle ma jeur dans le climat actuel de Mars. Leur cycle de condensation/sublimation contrôle en grande partie les variations de la pression atmosphérique et de l'humidité. Le but de cette thèse est d'apporter de nouvelles contraintes observationnelles aux interactions surface/atmosphère pendant la phase de retrait des dépôts saisonniers nord. A partir des données proche infrarouge de l'imageur hyperspectral OMEGA (Mars Express), l'extension des glaces saisonnières de CO2 et H2O a été cartographiée du solstice d'hiver au solstice d'été. Un anneau de glace d'eau entoure systématiquement les dépôts saisonniers riches en CO2 et constitue une source importante de vapeur d'eau lors de sa sublimation. Une couche de glace d'eau recouvre progressivement la glace de CO2 , résultat de deux processus : l'accumulation de la glace d'eau contenue dans la glace de CO2 et restant en surface lorsque le CO2 se sublime, et la condensation de vapeur d'eau issue de la sublimation de l'anneau de glace d'eau. Des remontées soudaines de la signature de la glace de CO2 sont observées dans les dépressions spirales et escarpements de la calotte permanente nord, et dans le champ de dunes circumpolaires, conséquence probable d'un renforcement ponctuel des vents catabatiques par le passage de systèmes dépressionnaires. Le résultat de ces processus dynamiques est une accumulation inhomogène de givre d'eau sur la calotte permanente nord au début de l'été qui participe à l'évolution actuelle de la calotte. La connaissance de la localisation des sources de vapeur d'eau et des interactions surface/atmosphère pendant l'hiver et le printemps nord permettra d'améliorer les modèles climatiques et notre compréhension du cycle actuel de l'eau sur Mars. / Seasonal CO2 and H2O ices play a ma jor role in the current climate of Mars. Their condensation/sublimation cycle largely control the variations of atmospheric pressure and humidity. The aim of this thesis is to provide new observational constraints to the surface/atmosphere interactions during the retreat of the northern seasonal deposits. Using near infrared hyperspectral images from the OMEGA instrument (Mars Express), the extent of the seasonal CO2 and H2 O ices was mapped from winter solstice to summer solstice. A water ice annulus systematically surrounds the CO2 -rich seasonal deposits. It is an important source of water vapor during its sublimation. A water ice layer progressively covers the CO2 ice. It results from two processes : accumulation of water ice grains previously embedded into CO2 ice and laying onto the surface while CO2 ice sublimes, and condensation of water vapor coming from the sublimating water ice annulus. Sudden increases of the CO2 ice signatures are observed in the spiral troughs and scarps of the North permanent cap and in the circumpolar dark dunes field. It probably results from an enhancement of the katabatic winds due to transient low pressure systems. These dynamical processes result in an inhomogeneous accumulation of water frost onto the North permanent cap at the beginning of summer which could play a role in the present evolution of the cap. Knowledge of the water vapor sources location and of the surface/atmosphere interactions during northern winter and spring will improve climate models and our understanding of the current water cycle on Mars.

Les machines à absorption LiBr/H2O, appliquées aux systèmes de rafraîchissement par compression chimique présentent des avantages et des inconvénients à l'heure de leur intégration dans des bâtiments de basse consommation. Grandes tailles et coûts de mise en œuvre élevés les rendent peu attractives. Le développement de modules évapo-absorbeur et desorb-condenseur compacts et multifonctionnels, utilisant des échangeurs à film ruisselants couplés peuvent être une solution pour réduire les coûts de mise en œuvre, et augmenter la compacité et le rendement global du processus d'absorption. L'étude se centre autour de l'absorption de la vapeur d'eau à basse pression au sein d'un film de bromure de lithium qui ruisselle sur des échangeurs à plaques verticales. Les objectifs de la thèse sont le développement d'un modèle théorique simple décrivant le transfert de chaleur et de masse et sa validation à l'aide d'expériences de référence. Le modèle analytique est construit à l'aide des méthodes intégrales mettant en ouvre un écoulement laminaire établit à l'entrée de l'absorbeur et des conditions de saturation à l'interface Nous avons résolu le problème couplé de transfert de masse et de chaleur en prenant en compte couches limites thermiques et diffusives. Une représentation adimensionnelle des transferts à l'aide des nombres de Nusselt et de Sherwood en fonction du nombre de Graetz permet de décrire de manière générale les différentes zones thermiques et diffusives. Les variations de la température et la concentration à l'interface sont prises en compte, en considérant la linéarité des équations de transfert et, en appliquant la théorie des perturbations. Un banc d'essais a été spécifiquement développé pour l'étude de l'absorption de vapeur sur des films ruisselants de bromure de lithium à basse Reynolds (Re < 500). Il permet de fixer l'état de la solution LiBr à l'entrée (température, concentration et débit) ainsi que les conditions aux limites (pression de vapeur, condition adiabatique ou de température imposée à la paroi verticale). Différentes géométries de plaque sont comparées aux résultats du model en vu de quantifier l'impact des effets de bord et des instabilités. / Low pressure absorption machines, used in chemical compression refrigeration systems present several advantages and drawbacks in sustainable buildings integration. Large sizes and high implementation cost makes them unprofitable. Compact absorption machines with multifunctional absorption and desorption units using coupled falling film exchangers can be one solution to reduce implementation costs, increasing compactness and global machine performance. The present study is focused in the absorption process applied to vertical falling film exchangers and its improvement. The thesis objectives are: construction of a simple theoretical model; describing heat and mass transfer over a Lithium bromide falling film and model validation after data processing from a test bench build for this purpose. The analytic model is based on integral methods taking into account established flow conditions at the top of the plate, parabolic velocity profiles and saturation conditions at the interface. We solved the coupled heat and mass transfer problem considering thermal and diffusive boundary layers. Non dimensional representation of Nusselt (Sherwood) number as a function of the modified Graetz number, enables a general description of different transfer zones. Concentration and temperature evolution at the interface are studied considering the linearity of heat and mass transfer equations and applying perturbations theory. The test bench was created to study vapor absorption in a lithium bromide falling film at low Reynolds Numbers (Re < 500). Absorber inlet parameters (temperature, concentration and mass flow rate) and also boundary conditions (vapor pressure, adiabatic or isothermal condition at the vertical wall) can be varied. Different plate geometries were studied and compared with model results, to evaluate boundary conditions and instabilities. This study presents a simplified model for adiabatic and isothermal falling films absorbers with a local description of the absorption process. Influences of flow conditions and initial operation parameters were simulated, studied and compared with equivalent models and experimental data from literature;

In der vorliegenden Arbeit wird erstmals systematisch der Einfluss von gasförmigen und festen Verunreinigungen auf das O2, Pt│YSZ- Elektrodensystem am praxisnahen Beispiel der Lambdasonde untersucht. Dazu wurden Festelektrolyt- und Elektrodenmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung und Morphologie den realen Abgasbedingungen nachempfundenen, chemischen und physikalischen Einflüssen ausgesetzt und in Bezug auf Langzeitstabilität, Sensitivität und Wirkmechanismen untersucht. Im Einzelnen lag der Fokus der Untersuchungen auf zwei Ausführungsformen von Elektroden, die sich vor allem durch mikro- bzw. nanoskalige Partikelgrößenverteilungen sowie der Platin/YSZ-Zusammensetzung unterschieden und als Mikro- bzw. Nano-Elektrode bezeichnet wurden. Der Einfluss von Siliciumdioxid als gezielt dem Festelektrolyten beigemischte intrinsische Vergiftung sollte in Wechselwirkung zu den extrinsischen Verunreinigungen wie Natriumionen, Wasserdampf und Phosphorpentoxid untersucht werden. Im Unterschied zu den in der Literatur betrachteten, vereinfachten Modellsystemen konnten damit erstmals Wechselwirkungen beschrieben werden, die zu einem tieferen Verständnis des realen Sensorverhaltens, vor allem der Degradation beitragen. Insbesondere ist es gelungen, ein Modell für die Sauerstoffreaktion an geschädigten Elektroden aufzustellen. Neben der bekannten elektrochemischen Reduktion von Sauerstoff spielen die Transportvorgänge an der Elektrodenoberfläche eine entscheidende Rolle, über die in der Literatur bisher nur wenig bekannt war.

La présente étude porte sur les effets de CO2 sur la pyrolyse de la biomasse et la gazéification de chars dans des conditions de chauffe lente et de chauffe rapide. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié les effets du CO2 sur la réaction de pyrolyse rapide à haute température et évalué ses effets sur la vitesse de pyrolyse, sur le rendement de gaz ainsi que sur les propriétés du char. Nous avons aussi étudié la réaction de gazéification en atmosphère mixte en présence de CO2 et de H2O. Enfin, nous avons imaginé le cas hypothétique d’un gazogène au CO2 pur. Le cas d’une pyro-gazéification sous CO2 pur a été abordé au niveau de la particule de biomasse, expérimentalement et théoriquement par la modélisation numérique avec l’objectif de fournir des temps caractéristiques de pyrolyse et de gazéification, et de comprendre le déroulement de la pyro-gazéification sous CO2. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la question de la gazéification des chars obtenus par chauffe lente, en présence de CO2 avec deux objectifs principaux : d’une part, de fournir des données de réactivité dans des conditions opératoires de réacteurs de gazéification et d’autre part, de comprendre les mécanismes de réaction de gazéification sous CO2, H2O et leurs mélanges. Nous avons examiné l’influence de la taille des particules sur la vitesse de gazéification sous des atmosphères simples de CO2 et H2O en utilisant une approche basée sur le module de Thiele. Nous avons également étudié les effets de la température et de la taille des particules sur la gazéification du char sous atmosphères mixtes contenant CO2 et H2O à 900°C. Nous avons également abordé la question des atmosphères cycliques en examinant l’effet de la gazéification du char sous CO2 sur sa réactivité à H2O et vice versa. Pour mieux comprendre les mécanismes de gazéification dans des atmosphères simples et mixtes de CO2 et H2O, nous avons suivi l’évolution de la texture, de la structure et de la chimie de surface du char le long de la gazéification sous CO2, H2O et leurs mélanges. Des caractérisations chimiques, texturales et structurales ont été ainsi effectuées sur des particules de char partiellement gazéifiés à 20%, 50% et 70% de conversion sous CO2, H2O et leurs mélanges. Ces caractérisations conduisent à une meilleure compréhension du déroulement de la réaction de gazéification. / The present work deals about the effects of CO2 enriched atmospheres on biomass pyrolysis and char gasification reactions in High Heating Rate (HHR) and Low Heating Rate (LHR) conditions, at the biomass particle level. In the first part, we studied the effects of CO2 on the high temperature fast pyrolysis reaction and evaluate its effects on the pyrolysis rate, on the gas yield as well as on the char properties including chemical composition, texture and reactivity at 850°C. We focused also on the effects of CO2 on the HHR-char gasification reaction when injected as a co-reactant with steam. We studied the mixed atmosphere gasification reaction in CO2 and H2O for different atmosphere compositions. Finally, we imagined a hypothetical case of a pure CO2 operating gasifier. The case of a pure CO2 pyrogasification process was tackled experimentally and theoretically by numerical modelling with aim to provide pyrolysis and gasification characteristic reaction times, and to understand the unfolding of the global CO2 pyro-gasification reaction. In the second part, we were interested on the issue of LHR-char gasification in the presence of CO2 with two principal objectives: on one hand, providing reactivity data for practical gasification operations and on the other hand, understanding the gasification reaction mechanisms (in CO2, H2O and their mixtures) at the level of the char basic structural units (BSU). We examined the influence of particle size on the single atmosphere gasification in CO2 and H2O using the Thiele modulus approach. We also studied the effects of temperature and particle size on the char gasification in mixed atmosphere of CO2 and steam at 900°C. We also had a focus on the issue of cyclic atmosphere gasification and studied the effects of a prior CO2 gasification on the char reactivity towards H2O and vice versa. To further understand the char gasification mechanisms in single and mixed atmospheres of CO2 and H2O, we opted to monitor the evolution of the chemical, structural and textural char properties along the gasification in CO2, H2O and their mixtures. Deep char characterization were performed on small LHR-char particles partially gasified at 20%, 50% and 70% of conversion in CO2, H2O and their mixtures. These characterisations are of high interest as they shed light on the unfolding of the gasification reaction in CO2, H2O and their mixtures.

Le travail présenté dans ce manuscrit décrit quelques-uns des mécanismes qui régissent les échanges de CO2 et d’eau dans le mésophylle. Nous présentons dans une première partie une méthode originale qui utilise une technique de traçage isotopique et une modélisation deséchanges gazeux pour décrire le transfert du CO2 et la concentration de CO2 aux sites catalytiques des anhydrases carboniques. Dans une deuxième partie, cette approche nous permet de caractériser la diffusion de CO2 intra-mésophylienne et d’aborder l’étude du rôle des anhydrases carboniques et des aquaporines dans la facilitation du transport de CO2. Cette étude est basée sur une analyse fonctionnelle de mutants d’insertions d’Arabidopsis affectésdans l’expression des anhydrases carboniques (ACs) ou des aquaporines. La contribution fonctionnelle d’une AC, bCA4 localisée à la membrane plasmique et récemment identifiée estanalysée plus spécifiquement. Dans une troisième partie, nous montrons par un travail de modélisation que l’approche de traçage isotopique précédemment introduite pour étudier le transfert de CO2 peut être utilisée pour étudier la compartimentation de l’eau mésophyllienne et les flux associés. Cette approche nous permet de démontrer l’existence d’une compartimentation fonctionnelle de l’eau foliaire. La signification de cette compartimentation est discutée, et une nouvelle méthode de suivi quantitatif des flux d’eau entre l’apoplasme etle symplasme est proposée. Enfin, dans une dernière partie nous abordons expérimentalement les effets de l’acide abscissique sur la transpiration foliaire et la régulation stomatique. / N this study, mechanisms that govern CO2 and water fluxes in the mesophyll are investigated. In a first part, an original approach based on isotopic tracing and modeling of gas exchange is presented to describe the CO2 transfer towards sites of carbonic anhydrases catalysis that are used to probe the intracellular CO2 concentration. In a second part, this approach allows to characterize the intracellular diffusion of CO2 and to address the implication of carbonicanhydrases and aquaporins in the facilitation of the CO2 transfer. The functional analysis is based on the characterization of Arabidopsis mutants in which the expression of some carbonic anhydrases (CAs) or aquaporins is impaired. The implication of a recently identified CA, bCA4 located at the plasma membrane, is studied in detail. In a third part a modeling approach is used to show that the method of isotopic tracing introduced to probe the CO2 fluxes can also be used to study the compartmentation of the mesophyll water and the associated fluxes. The basis of this functional compartmentation is analyzed and a newmethod is proposed to quantitatively monitor the water fluxes between the apoplasm and the symplasm. In a last part, the effects of abscissic acid on the leaf transpiration and on the stomatal aperture regulation are addressed.