Leitos fluidizados borbulhantes (LFBs) são bem conhecidos como sistemas eficientes para transferência de energia térmica em diversas aplicações industriais. Embora muitos trabalhos reportados na literatura tenham já relatado características do rendimento térmico de trocadores de calor gás-sólido em regime de LFB, evidencia-se pouca informação sobre o projeto destes sistemas voltados à sua avaliação experimental a partir do uso de técnicas de flutuações de pressão para o monitoramento do regime fluidodinâmico. Tendo em vista esta lacuna, o presente trabalho apresenta o procedimento para o dimensionamento de um trocador de calor tipo jaqueta inserido em uma coluna de leito fluidizado borbulhante construída em escala de laboratório, bem como a análise da avaliação experimental do coeficiente de transferência de calor suspensão-parede do dispositivo durante o aquecimento de água. Como garantia da operação do sistema em regime de fluidização borbulhante, incluindo ainda a exploração de condições próximas à da mínima fluidização das partículas, aplica-se o método da frequência central gaussiana como ferramenta para a detecção da desfluidização a partir de medições de flutuações de pressão. Os dados experimentais foram analisados assumindo fluxo de calor uniforme (solução de segundo tipo) ou temperatura uniforme (solução de terceiro tipo) na parede interna da jaqueta d’água. Inicialmente, testes envolvendo vazões mássicas do líquido na faixa de 1,83 ± 0,01 kg/h a 4,46 ± 0,02 kg/h, foram realizados com velocidade de fluidização na razão uo/umf igual a 4. Posteriormente, testes experimentais na vazão mássica fixa de água de 3,62 ± 0,01 kg/h, foram realizados com partículas de diâmetro médio de Sauter de 194 µm e 359 µm e com ar de fluidização alimentado em razões uo/umf de 0,5 a 4,0. Em todos os ensaios deste estudo, o regime de escoamento da água na região anular do trocador de calor foi caracterizado como laminar e termicamente em desenvolvimento. Os resultados apontaram uma variação no coeficiente de transferência de calor suspensão-parede na faixa de 169,93 ± 7,52 W/m²K a 353,28 ± 29,78 W/m²K para solução de segundo tipo, e de 191,54 ± 8,55 W/m²K a 468,43 ± 39,27 W/m²K para solução de terceiro tipo, ao utilizar temperaturas do leito de 50 ºC e 70 ºC. A análise dos dados obtidos confirma que o uso das partículas mais finas e temperaturas maiores do leito promovem o incremento no valor do coeficiente de transferência de calor suspensão-parede. Adicionalmente, os resultados verificaram a presença de um valor máximo do coeficiente de transferência de calor suspensão-parede na faixa de uo/umf analisada. / Bubbling fluidized beds (BFBs) are well known as efficient systems for thermal energy transfer in several industrial applications. Although many works have already pointed out the performance features of gas-solid BFB heat exchangers, more data about the design and operation of these devices are needed when using pressure fluctuation techniques for the hydrodynamics control. Considering this gap, the procedure for the design of a jacket-type heat exchanger placed in a bench scale bubbling fluidized bed column and the experimental assessment of its bed-to-wall heat transfer coefficient under several operating conditions are presented here. As a guarantee for operating the system under a bubbling fluidization regime, as well as in conditions close to the minimum fluidization, the central Gaussian frequency method is applied. By using this method, it is possible to identify the defluidization phenomenon from pressure fluctuations measurements. The experimental information was analyzed assuming uniform heat flux (solution of second type) or uniform temperature (solution of third type) in the inner wall of the water jacket. Initial tests were performed at fluidization velocity uo/umf ratio equal to 4, involving water mass flow rates in the range of 1.83 ± 0.01 kg/h to 4.46 ± 0.02 kg/h. Other experimental tests, this time involving water mass flow rate kept constant at 3.62 ± 0.01 kg/h, were carried out with particles of 194 and 359 μm in Sauter mean diameter and with fluidization air fed in uo/umf ratios changing from 0.5 to 4.0. In all tests of this study, the water flow regime in the annular region of the heat exchanger was identified as laminar and thermally developing. Results indicated that the bed-to-wall heat transfer coefficient varies in the range of 169.93 ± 7.52 W/m²K to 353.28 ± 29.78 W/m²K for the second type solution and from 191.54 ± 8.55 W/m²K to 468.43 ± 39.27 W/m²K for the third type solution, when using bed temperatures of 50 °C and 70 °C. The analysis of these results confirms that by using the finer particle or the higher bed temperature, the value of the bed-to-wall heat transfer coefficient tends to increase. In addition, results suggested that a maximum value of the bed-to-wall heat transfer coefficient can be obtained in the range of uo/umf ratio tested, which is in agree with previous works.

Leitos fluidizados borbulhantes (LFBs) são bem conhecidos como sistemas eficientes para transferência de energia térmica em diversas aplicações industriais. Embora muitos trabalhos reportados na literatura tenham já relatado características do rendimento térmico de trocadores de calor gás-sólido em regime de LFB, evidencia-se pouca informação sobre o projeto destes sistemas voltados à sua avaliação experimental a partir do uso de técnicas de flutuações de pressão para o monitoramento do regime fluidodinâmico. Tendo em vista esta lacuna, o presente trabalho apresenta o procedimento para o dimensionamento de um trocador de calor tipo jaqueta inserido em uma coluna de leito fluidizado borbulhante construída em escala de laboratório, bem como a análise da avaliação experimental do coeficiente de transferência de calor suspensão-parede do dispositivo durante o aquecimento de água. Como garantia da operação do sistema em regime de fluidização borbulhante, incluindo ainda a exploração de condições próximas à da mínima fluidização das partículas, aplica-se o método da frequência central gaussiana como ferramenta para a detecção da desfluidização a partir de medições de flutuações de pressão. Os dados experimentais foram analisados assumindo fluxo de calor uniforme (solução de segundo tipo) ou temperatura uniforme (solução de terceiro tipo) na parede interna da jaqueta d’água. Inicialmente, testes envolvendo vazões mássicas do líquido na faixa de 1,83 ± 0,01 kg/h a 4,46 ± 0,02 kg/h, foram realizados com velocidade de fluidização na razão uo/umf igual a 4. Posteriormente, testes experimentais na vazão mássica fixa de água de 3,62 ± 0,01 kg/h, foram realizados com partículas de diâmetro médio de Sauter de 194 µm e 359 µm e com ar de fluidização alimentado em razões uo/umf de 0,5 a 4,0. Em todos os ensaios deste estudo, o regime de escoamento da água na região anular do trocador de calor foi caracterizado como laminar e termicamente em desenvolvimento. Os resultados apontaram uma variação no coeficiente de transferência de calor suspensão-parede na faixa de 169,93 ± 7,52 W/m²K a 353,28 ± 29,78 W/m²K para solução de segundo tipo, e de 191,54 ± 8,55 W/m²K a 468,43 ± 39,27 W/m²K para solução de terceiro tipo, ao utilizar temperaturas do leito de 50 ºC e 70 ºC. A análise dos dados obtidos confirma que o uso das partículas mais finas e temperaturas maiores do leito promovem o incremento no valor do coeficiente de transferência de calor suspensão-parede. Adicionalmente, os resultados verificaram a presença de um valor máximo do coeficiente de transferência de calor suspensão-parede na faixa de uo/umf analisada. / Bubbling fluidized beds (BFBs) are well known as efficient systems for thermal energy transfer in several industrial applications. Although many works have already pointed out the performance features of gas-solid BFB heat exchangers, more data about the design and operation of these devices are needed when using pressure fluctuation techniques for the hydrodynamics control. Considering this gap, the procedure for the design of a jacket-type heat exchanger placed in a bench scale bubbling fluidized bed column and the experimental assessment of its bed-to-wall heat transfer coefficient under several operating conditions are presented here. As a guarantee for operating the system under a bubbling fluidization regime, as well as in conditions close to the minimum fluidization, the central Gaussian frequency method is applied. By using this method, it is possible to identify the defluidization phenomenon from pressure fluctuations measurements. The experimental information was analyzed assuming uniform heat flux (solution of second type) or uniform temperature (solution of third type) in the inner wall of the water jacket. Initial tests were performed at fluidization velocity uo/umf ratio equal to 4, involving water mass flow rates in the range of 1.83 ± 0.01 kg/h to 4.46 ± 0.02 kg/h. Other experimental tests, this time involving water mass flow rate kept constant at 3.62 ± 0.01 kg/h, were carried out with particles of 194 and 359 μm in Sauter mean diameter and with fluidization air fed in uo/umf ratios changing from 0.5 to 4.0. In all tests of this study, the water flow regime in the annular region of the heat exchanger was identified as laminar and thermally developing. Results indicated that the bed-to-wall heat transfer coefficient varies in the range of 169.93 ± 7.52 W/m²K to 353.28 ± 29.78 W/m²K for the second type solution and from 191.54 ± 8.55 W/m²K to 468.43 ± 39.27 W/m²K for the third type solution, when using bed temperatures of 50 °C and 70 °C. The analysis of these results confirms that by using the finer particle or the higher bed temperature, the value of the bed-to-wall heat transfer coefficient tends to increase. In addition, results suggested that a maximum value of the bed-to-wall heat transfer coefficient can be obtained in the range of uo/umf ratio tested, which is in agree with previous works.

Orientadores: Reinaldo Wilson Vieira, Jorge Humberto Nicola / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Resumo: A circulação extracorpórea (CEC) utiliza-se de um conjunto de máquinas, aparelhos e circuitos, associados a técnicas que permite o isolamento temporário de coração e pulmões. Estudar o comportamento do sangue dentro destes elementos utilizados pela CEC sem alterar substancialmente o seu curso requer técnicas avançadas. A Velocimetria Doppler Laser (VDL) tem se mostrado ideal para estes procedimentos por ter seus sinais de natureza óptica. Dentre as diversas reações suscitadas ao organismo pelo uso da CEC, que produzem alterações do equilíbrio fisiológico de natureza hemodinâmica, fisica e química, ressaltamos, neste estudo, as alterações fisicas geradas pelo trauma mecânico softido pelas células do sangue, principalmente as hemáceas.Objetivos: 1. Estudar e caracterizar os fluxos gerados por bombas centrífugas e de roletes. 2. Estabelecer condições ideais para estudos de turbulência e estagnação do sangue em componente passivo da circulação extracorpórea. 3. Validar a Velocimetria Doppler Laser como método de estudo de componente utilizado em circulação extracorpórea (reservatório de cardioplegia sangüínea), visando a otimização de projeto de tal componente.Material e Método: Foram realizadas medidas não invasivas de velocidades, utilizando um Velocímetro Doppler Laser, de duas dimensões em um equipamento utilizado na CEC denominado reservatório de cardioplegia sangüínea, que nada mais é que um trocador de calor casco e tubo. Utilizamos como fluido a mistura de 36% de solução de glicerina em água, por ser um fluido com características fisicas (viscosidade e densidade) equivalentes ao do sangue. A visualização foi obtida por meio de suspensão de partículas de poliamida de diâmetro de 5 _m no líquido movimentado por uma bomba centrífuga. Resultados e Conclusões : O caráter oscilante do fluxo de uma bomba de roletes é bastante significativo, enquanto que o fluxo produzido por uma bomba centrífuga é bastante constante. Isto foi possível ser verificado por medidas com o velocímetro Doppler laser. Tal resultado permite para experimentos relacionados à turbulência e estagnação em um componente de circulação extracorpórea, a eleição da bomba centrífuga como ideal. A técnica, não invasiva, de velocimetria Doppler laser, devidamente adaptada aos componentes de circulação extracorpórea, associada ainda a defmições e convenções para o fluxo de um líquido hidrodinamicamente semelhante ao sangue, se mostra ideal para estudo de turbulência e estagnação em componentes passivos da circulação extracorpórea. Observamos que não há grandes variações do perfil do escoamento dentro do reservatório de cardioplegia em função dos fluxos utilizados. Por outro lado observamos que as velocidades dentro do reservatório aumentam com o aumento do fluxo, guardando um padrão de semelhança entre as situações equivalentes para os diferentes fluxos, pois há uma pequena impedância no caminho do fluxo, o que nos dá uma idéia da localização de zonas de grande turbulência. Há também confluência de fluxo, representando uma zona de estagnação do fluido, e as demais zonas podem ser definidas como normais ou de baixa turbulência, o que valida a Velocimetria Doppler a Laser como método de estudo para otimização dos componentes descartáveis utilizados em circulação extracorpórea / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:30:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Antunes_Nilson_M.pdf: 10886553 bytes, checksum: 307f8538bb6690d26bbc4fc2e77b7339 (MD5) Previous issue date: 2002 / Abstract: Introduction: Cardiopulmonary bypass ( CBP ) associates techniques that allow a temporary cardiopulmonary isolation through utilization of a set of machines, devices and circuits. Sophisticated techniques must be applied in order to study blood behavior inside cardiopulmonary bypass system without interference. The Laser Doppler Velocimetry (LDV) uses light as source for velocity measurements and therefore, appears to be the ideal method for tOOt kind of study. Among several disturbs induced by CBP that can lead to physiologic, hemodynamic, chemical and physical imbalance, physical alterations created by mechanical trauma over blood cells have received special attention on this study. Objectives: 1. To study and describe the flow generated by centrifugal and roller pumps. 2. To establish ideal conditions for the observation of blood turbulence and stagnation inside passive components of CBP. 3. To validate Laser Doppler Velocimetry as an adequate method of study for CBP components. Material and Method: A Laser Doppler Velocimeter was utilized to measure velocity in two dimensions inside blood cardioplegia reservoir, a shell and tube heat exchanger component of CBP. A blender of 36% glycerin water solution was used because of its similarity with blood. Observation was obtained through dislocation by a centrifugal pump of a 5 µm polyamide partic1es fluid suspension. Results aod Cooclusioos: Flow created by the roller pump has significant oscilattory characteristics. Flow produced by centrifugal pump is linear. The technique of Laser Doppler Velocimetry might permit comprehension of fluid drainage behavior under conditions developed on this study. These results indicate centrifugal pump as the ideal one Non-invasive Laser Doppler Velocimetry, well adapted to CPB components and associated to measure flow of hydrostatically blood-like fluid is ideal for study of fluid turbulence and stagnation inside passive CPB components. No great variations were observed on drainage profile inside cardioplegia reservoir related to type of flow employed. On the other hand, velocity inside the reservoir grew higher as flow increased, maintaining a similar pattern between equivalent situations with different flows, because there is mild impedance on the flow pathway, that leads to identification of severe turbulence zones. There have been observed, in a commercial heat exchanger, zones of flow confluence, representing flow stagnation area, and the remainder were defined as normal and low turbulence zones, which therefore attests Laser Doppler Velocimetry as a method of study for improvement of non reusable components of CBP / Mestrado / Cirurgia / Mestre em Cirurgia

Orientadores: Ênnio Peres da Silva, Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:35:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_DanielGabriel_M.pdf: 3136066 bytes, checksum: c47f35afd0cbcdaa10bf8e97d99f8270 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Ao avaliar a evolução do uso da energia pelo homem, percebe-se uma tendência à utilização de combustíveis com menos carbono e mais hidrogênio. Atualmente, observa-se um empenho pela utilização de combustíveis gasosos, como o gás natural, que possui uma relação de 4 átomos de hidrogênio para 1 átomo de carbono. Esta evolução permite estimar a utilização do hidrogênio gasoso para o futuro. Por se tratar de um vetor energético e não de uma fonte de energia, o hidrogênio precisa ser extraído de algum composto para ser utilizado. Examinando-se a literatura pertinente dos últimos anos, verifica-se que há em todo o mundo um grande esforço e uma grande expectativa quanto ao uso energético do hidrogênio em células a combustível, já que a eficiência destes equipamentos é superior à eficiência dos dispositivos tradicionais que utilizam à combustão. Sua aplicação se dá em diversos sistemas energéticos, estacionários ou móveis. Devido á exigência de elevada pureza para o hidrogênio utilizado em células a combustível do tipo PEM, a produção de hidrogênio a partir do processo de reforma de gás natural e o sistema de purificação deste hidrogênio tem sido estudado pelos principais centros de pesquisa nacionais. Por se tratar de umas das formas mais baratas para obtenção de hidrogênio para aplicação em células a combustível, o conhecimento desta tecnologia poderá conduzir à competitividade do uso energético do hidrogênio com um menor custo num menor prazo, o que a torna uma tecnologia estratégica. O objetivo geral desta dissertação é apresentar os principais processos de purificação do gás de síntese proveniente da reforma do gás natural para o fornecimento de hidrogênio com pureza suficiente para uso em células a combustível do tipo PEM e apresentar as considerações teóricas e experimentais sobre o funcionamento do sistema de purificação construído pelo Laboratório de Hidrogênio da Unicamp para desenvolvimento desta dissertação / Abstract: Evaluating the evolution of energy use by humanity it is observed a tendency to use fuels with lower carbon content and more hydrogen. Currently, there is a commitment to use fuels such as natural gas that has a ratio of 4 hydrogen atoms to 1 carbon atom. That evolution allows the estimation of gaseous hydrogen use for the future. Hydrogen is an energy vector, not an energy source, and then it must be extracted from a compound to feed fuel cells. The literature of recent years shows that there is a great effort and a huge expectation for the use of fuel cells which achieve higher efficiencies than traditional combustion devices. Fuel cells can be used in stationary, automotive or portable energy systems and its manufacturing technology has left laboratories and research centers is now being developed by companies with large investments. Since PEM fuel cells require high purity hydrogen, the hydrogen production from natural gas reforming process and the hydrogen purification systems have been studied by Brazilian research centers. Because this process is one of the cheapest methods to obtain hydrogen for use in fuel cells, the knowledge of this technology could lead to the competitive use of hydrogen energy at a lower cost in a shorter term, making it a strategic technology. The general objective of this dissertation is to present the main processes for the purification of synthesis gas from the reforming of natural gas to supply hydrogen with sufficient purity for its use in PEM fuel cells and present the theoretical and experimental considerations about the purification system built by the Hydrogen Laboratory at Unicamp for the development of this dissertation / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica