Tese de doutoramento. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The computational fluid dynamics is a technique used for the analysis of fluid flow systems By this technique, it is possible to simulate new geometries of equipments as well as optimize one in use. In this research, we propose the development of new configurations for static mixers. Is proposed 27 simulations were conducted in a 24 factorial planning with 3 central points and 8 axial points, varying the thickness and the depth of the groove and the distance between the grooves, in order to obtain the velocity gradient as response. One could obtain two optimal settings were obtained. Once the machining of the optimal geometry was difficult, modifications were proposed to facilitate the construction of the mixer. So 16 configurations were obtained and the simplest one was built to be coupled to an experimental test system. The simulated and the experimental values of the velocity gradient were compared. One set up two tubular reactor systems with and without the static mixer were built for the experiments to obtain biodiesel. In these experiments, a 23 factorial planning was done, varying alcohol:oil ratio, catalyst concentration and temperature. The static mixer presented the value of the velocity gradients of 2288.93s-1, being 4,01% lower than the value found in the (2384.61s-1). A comparison of the experiments showed that the utilization of the mixer increased the ester conversion. The equation obtained from the empirical model of conversion to ester (Y) had an adjustment coefficient of 0.97 for the smooth tube reactor and 0.94 for the reactor with mixer. / A fluidodinâmica computacional é uma técnica que permite a análise de sistemas envolvendo o escoamento de fluidos. Através desta técnica é possível simular novas geometrias de equipamentos, bem como otimizar os já utilizados. Neste trabalho, propõe-se o desenvolvimento de novas configurações para misturadores estáticos. Foram realizadas 27 simulações de um planejamento fatorial 24 com 3 pontos centrais e 8 pontos axiais variando o comprimento equivalente, a espessura, a altura das saliências e a distância entre cada saliência para obtenção do gradiente de velocidade como resposta. Foram obtidas duas configurações ótimas. Com a dificuldade de usinagem da configuração ótima, foram propostas modificações para facilitar a construção do misturador; assim, 14 configurações foram obtidas e a mais simples foi construída, para ser acoplada a um sistema de testes experimentais. Foram comparados os valores do gradiente de velocidade simulado e experimental. Foram construídos dois sistemas de reatores tubulares com e sem o misturador estático construído para a realização dos experimentos de obtenção de biodiesel. Para estes experimentos foi realizado um planejamento fatorial 23, variando os seguintes parâmetros: razão álcool:óleo; concentração de catalisador e temperatura. O misturador construído apresentou o valor do gradiente de velocidade de 2288,93s-1, sendo 4,01% inferior ao valor encontrado na simulação (2384,61s-1). Após os experimentos foi constatado que com a utilização do misturador a conversão em ésteres é maior. A equação obtida para o modelo empírico da conversão em éster (Y) teve um coeficiente de ajuste de 0,97 para o reator com tubo liso e 0,94 para o reator com misturador.