Sistemas Pneumáticos de Transferência - \"Pneumatic Transfer Systems\" (PTS) são equipamentos mecânicos amplamente e mundialmente utilizados para o transporte, movimentação e transferência de diversos tipos de materiais, objetos e cargas entre dois ou mais terminais localizados em locais próximos ou distantes um do outro. Devido à sua versatilidade e rapidez, a aplicabilidade do sistema se faz presente em diversas áreas da sociedade tais como medicina (hospitais e laboratórios de análises clínicas); indústria (civil, automobilística, siderúrgica, metalúrgica, mineração, química, de alimentos); comércio (postos de gasolina, cinemas, supermercados, bancos, pedágios, empresas de venda de produtos por internet, cassinos); serviços públicos (repartições públicas, cortes de justiça, correios e telégrafos). Na área nuclear o PTS também tem uma vasta aplicabilidade nas diversas instalações nucleares, destacando-se a sua utilização como parte do processo de produção de radioisótopos e radiofármacos de meia vida curta tais como 67Ga, 201Tl, 18F e 123I-ultra puro, instalações de eliminação e estocagem de resíduos radioativos e áreas de pesquisa que utilizam o método analítico de Análise por Ativação Neutrônica (AAN). O desenvolvimento deste trabalho foi direcionado para o projeto, construção, instalação e implementação de um novo Sistema de Transferência Pneumático para transporte e transferência de materiais que são irradiados no núcleo do reator IEA-R1, localizado no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), para aplicação da técnica de AAN. Para sua instalação foi calculado a carga sobre a placa matriz do núcleo do reator e os testes de envio e retorno da amostra em análise. O fluxo neutrônico na posição de irradiação foi determinado utilizando a técnica de folhas de Au (ativação) apresentando um valor de 3,70±0,26.1012 n cm-2 s-1. / Pneumatic Transfer Systems (PTS) are classified as mechanical equipment largely operated all over the world for transport of a huge sort of objects, samples and materials located at nearly terminals or even at separated ones. System applicability is often recognized in many activities, such as medicine (hospital settings, clinical analysis labs), industry (steel, automobiles, mining, chemical, food, construction), trading (gas station, movies, supermarkets, banks, e-commerce) and federal agencies (post services, federal courts, public enterprises). In the nuclear settings, PTS shows also a vast array of applications, being a part of radioisotope production, as well as short-lived radiopharmaceuticals, including 67 Ga, 201 Tl, 18 F and 123 I-ultra pure. Besides, PTS are also used at radioactive waste management plants and research institutes that apply neutron activation analysis (NAA). This work was directed toward the design and operation of a new PTS for the IEA-R1 nuclear research reactor settled at Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) for NAA application. With this aim, it was calculated the charge of reactor core grid plate and sample transport testing. Neutron flux at irradiating position was determined as 3,70 ± 0,26 1012 n cm-2 s-1.

Sistemas Pneumáticos de Transferência - \"Pneumatic Transfer Systems\" (PTS) são equipamentos mecânicos amplamente e mundialmente utilizados para o transporte, movimentação e transferência de diversos tipos de materiais, objetos e cargas entre dois ou mais terminais localizados em locais próximos ou distantes um do outro. Devido à sua versatilidade e rapidez, a aplicabilidade do sistema se faz presente em diversas áreas da sociedade tais como medicina (hospitais e laboratórios de análises clínicas); indústria (civil, automobilística, siderúrgica, metalúrgica, mineração, química, de alimentos); comércio (postos de gasolina, cinemas, supermercados, bancos, pedágios, empresas de venda de produtos por internet, cassinos); serviços públicos (repartições públicas, cortes de justiça, correios e telégrafos). Na área nuclear o PTS também tem uma vasta aplicabilidade nas diversas instalações nucleares, destacando-se a sua utilização como parte do processo de produção de radioisótopos e radiofármacos de meia vida curta tais como 67Ga, 201Tl, 18F e 123I-ultra puro, instalações de eliminação e estocagem de resíduos radioativos e áreas de pesquisa que utilizam o método analítico de Análise por Ativação Neutrônica (AAN). O desenvolvimento deste trabalho foi direcionado para o projeto, construção, instalação e implementação de um novo Sistema de Transferência Pneumático para transporte e transferência de materiais que são irradiados no núcleo do reator IEA-R1, localizado no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), para aplicação da técnica de AAN. Para sua instalação foi calculado a carga sobre a placa matriz do núcleo do reator e os testes de envio e retorno da amostra em análise. O fluxo neutrônico na posição de irradiação foi determinado utilizando a técnica de folhas de Au (ativação) apresentando um valor de 3,70±0,26.1012 n cm-2 s-1. / Pneumatic Transfer Systems (PTS) are classified as mechanical equipment largely operated all over the world for transport of a huge sort of objects, samples and materials located at nearly terminals or even at separated ones. System applicability is often recognized in many activities, such as medicine (hospital settings, clinical analysis labs), industry (steel, automobiles, mining, chemical, food, construction), trading (gas station, movies, supermarkets, banks, e-commerce) and federal agencies (post services, federal courts, public enterprises). In the nuclear settings, PTS shows also a vast array of applications, being a part of radioisotope production, as well as short-lived radiopharmaceuticals, including 67 Ga, 201 Tl, 18 F and 123 I-ultra pure. Besides, PTS are also used at radioactive waste management plants and research institutes that apply neutron activation analysis (NAA). This work was directed toward the design and operation of a new PTS for the IEA-R1 nuclear research reactor settled at Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) for NAA application. With this aim, it was calculated the charge of reactor core grid plate and sample transport testing. Neutron flux at irradiating position was determined as 3,70 ± 0,26 1012 n cm-2 s-1.

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Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica (Área de Especialização de Engenharia Térmica), sob a orientação do Professor Doutor Carlos Manuel Coutinho Tavares de Pinho

O transporte pneumático de partículas sólidas tem sido frequentemente utilizado em diversas indústrias. Na última década, houve um aumento da demanda a favor da utilização otimizada dessa tecnologia, o que requer bom entendimento da dinâmica do escoamento da mistura gás-sólido em tubos e capacidade para predizer tal comportamento. A maioria dos modelos matemáticos que descrevem os fenômenos que ocorrem no transporte pneumático vertical são unidimensionais em regime permanente. No entanto, evidências experimentais sugerem que a suposição de não variação radial das variáveis básicas podem não ser verdadeiras. No presente trabalho realizaram-se as modelagem e simulação do transporte pneumático vertical considerando os perfis axiais e radiais das variáveis de escoamento. Procedeu-se à comparação entre os resultados obtidos com a simulação utilizando os modelos unidimensional e bidimensional. Considerando ainda as transferências convectivas de calor e de massa, foram efetuados os balanços de energia e de massa, estendendo-se o modelo para um secador pneumático vertical. Foram obtidas as variações axiais e radiais, das temperaturas e umidades do gás e das partículas. Efetuou-se também uma análise paramétrica da simulação, no que concerne à secagem pneumática vertical, não só com relação às variáveis de processo, como também às variáveis geométricas envolvidas. A análise paramétrica foi realizada utilizando planejamento fatorial e foram obtidas as influências das variáveis estudadas na umidade da partícula a 2,Omda entrada do secador. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT: Pneumatic conveying of solid partic1es has been frequently used in chemical industries. The increase in the use in this unit operation requires the knowledge of the dynamic of the gas-solid flow in tubes. The mathematical models of vertical pneumatic conveying found in the literature mostly consider the flow stcady and one dimensional. However, experimental evidence suggest that radial profiles of the basic variables of the flow exists. In this work a model is proposed for vertical pneumatic conveying considering axial and radial profiles for gas and solid velocities, porosity and pressure. The results obtained from this two-dimensional model were compared with the ones from the one dimensional model. The conservation equation for energy and mass of water were written to extend the model to a pneumatic dryer. The results show the axial and radial variations of gas and solid temperatures, gas humidity and particle moisture content along the dryer. A parametric analysis of the simulation was realized involving process and geometric variables using fatorial planning. The results of the parametric analysis show the influence of each variable in the moisture content of the particles at 2,Omat the entrance of the dryer.

Orientador: Paulo Roberto Arbex Silva / Resumo: O potencial produtivo das lavouras de alta performance se define no momento da semeadura e para assegurar altos rendimentos nas culturas agrícolas é importante semear com qualidade. O objetivo geral do experimento foi de estudar parâmetros de qualidade operacional, qualidade de plantio e parâmetros de desempenho agronômico ¬¬na implantação da cultura do milho (Zea mays L.), por meio de uma semeadora-adubadora equipada com dosador pneumático em sistema de plantio direto na segunda safra. O trabalho foi conduzido em lavoura comercial, em esquema fatorial duplo (3x3), combinando-se, três velocidades de deslocamento (4,2; 7,3 e 10,1 km h-1) e três pressões de vácuo do sistema pneumático de dosagem de sementes (8,0; 10,0 e 12,0 MPa). Foram realizados dois experimentos, sendo o primeiro com disco dosador de semente de 40 perfurações e o segundo com disco dosador de 36 perfurações. Os experimentos foram desenvolvidos na fazenda Rio Verdinho localizada no Município de Itararé/SP, no ano agrícola de 2018 (milho da segunda safra). O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados com 4 repetições. Foram avaliados os seguintes parâmetros: uniformidade na distribuição das sementes e plântulas na linha e em profundidade, distribuição do fertilizante, mobilização e cobertura do solo, demanda energética, dados agronômicos e produtividade da cultura do milho. Para atingir os objetivos propostos, utilizou-se análise estatística: ANOVA -One Way e ANOVA- Two Way com medidas repet... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The production potential of high-performance crops is determined in the moment of sowing. To ensure high yields of agricultural crops, it is important to have a high-quality sow. Therefore, the general objective of the experiment was to study the parameters for implementation of operational quality in the cultivation of second harvest corn (Zea mays L.), by means of vacuum seeder in the no-tillage system of soy straw, and understand to what degree these factors influence the agronomic characteristics and crop productivity. The study was conducted on commercial tillage, in a double factorial scheme (3x3), matching three travel speeds (4,2; 7,3 e 10,1 km h-1), and three vacuum pressures of the pneumatic seed dosing system (8,0; 10,0 e 12,0 MPa). Two experiments were conducted, one with a 36-hole seed disc and the other with a 40-hole disc. The experiments were carried out in the commercial area Farm, Rio Verdinho, located in the county of Itareré/SP, in the agricultural year of 2018 (second harvest corn). The experimental design was conducted in random blocks with four replications. The following parameters were assessed: uniformity of seed and plant distribution in line and in depth, fertilizer distribution, mobilization and ground cover, energy demand, seed quality after passing through the machine dosing mechanism, agronomic data and corn crop yield. To achieve the proposed objectives, we used: ANOVA -One Way and NOVA- Two Way with repeated measures. In these analyzes, a sig... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A variabilidade é um problema presente na maioria das malhas de controle de processos industriais, trazendo prejuízo ao causar perda de produtividade e utilização excessiva de matéria prima e energia. Muitas vezes ela é causada pela presença do atrito em válvulas de controle, os atuadores mais usados em processos industriais. Há uma série de métodos propostos para diagnosticar as perturbações causadas pelo atrito nas válvulas, classificados em intrusivos e não-intrusivos. Neste trabalho, foram estudados dois métodos intrusivos. Eles foram aplicados de maneira automática em simulações computacionais, que foram realizadas em um sistema híbrido de teste (HIL) de uma planta de vazão, com dois níveis de atrito da válvula, e também em um ambiente inteiramente simulado, visando analisar o desempenho dos dois métodos. Os resultados obtidos com ambos os métodos foram satisfatórios, muito embora um dos métodos tenha confundido os efeitos gerados pelo atrito com os produzidos por má sintonia do controlador da malha. / The variability is a problem present on the most of control loops in industrial processes. It causes losses in plant productivity and in material and energy usage. Many times it is caused by the presence of friction in control valves, the most used actuator in industrial processes. There are many methods proposed to diagnose the disturbances caused by control valve friction, which are classified in intrusive and non-intrusive. In this work, two intrusive methods are studied. They were applied automatically by computer simulations that were performed in a hybrid test system (HIL) of a flow plant, with two valve friction levels. Additionally they were applied in a completely simulated environment, aiming at analyzing the performance of both methods. The results with the two methods were satisfactory, although one of the methods has not separated the effects generated by the friction from the ones produced by a bad tuning of the loop controller.

O atrito é uma não-linearidade que geralmente produz o mau desempenho de um sistema mecânico com partes móveis. Neste trabalho, o elemento mecânico estudado é a válvula de controle de processos, que é o elemento final de controle mais empregado nas indústrias de processo. A presença de atrito na válvula eleva a variabilidade da malha de controle, gerando impacto em toda a cadeia produtiva da planta, devido, principalmente, ao aumento do consumo de energia e à rejeição de produto final fora de especificação. Desta forma, os estudos visando a redução de variabilidade passaram a ter uma importância econômica muito grande, pois causam impacto direto na lucratividade do negócio. Muitos estudos foram realizados visando diagnosticar, medir e compensar o atrito. Neste trabalho, se implementam técnicas propostas na literatura para compensação de atrito em válvulas de controle. Para avaliar seu desempenho, são apresentadas as conclusões obtidas nos experimentos e são propostas possíveis implementações futuras, seguindo esta linha de pesquisa. / Friction is a nonlinearity that generally produces bad performance of a mechanical system with moving parts. In this work, the studied mechanical element is the process control valve, which is the most used final control element in process industries. The presence of friction in control valves increases control loop variability, generating impact in all plant productive chain, due to the increase of energy consumption and rejection of end product that is out of specification. In such a way, we can see that the studies aiming variability reduction had started to have a great economic importance, due to its direct impact in business profitability. Many studies have been done aiming friction diagnosis, measurement and compensation. In this work, techniques that have been proposed on the literature for friction compensation in control valves are implemented. The conclusions obtained in the experiments are presented to evaluate the performance of the compensators and possible future implementations are proposed, following this research line.

As válvulas de controle são os elementos finais da grande maioria das malhas de controle existentes na indústria. Além disso, sabe-se que o atrito pode causar variabilidade na malha em questão, o que geralmente é indesejável para o desempenho do processo. Ademais, cerca de 20 a 30% das oscilações nas malhas de controle são causadas por atrito ou histerese. Outro ponto relevante é que muitas vezes não é possível realizar a manutenção da válvula que esteja apresentando uma variabilidade considerável, já que muitas vezes não é desejado e nem possível parar o processo em questão para o reparo da válvula. Dessa forma, o estudo de métodos de compensação de atrito se faz necessário como uma maneira de melhorar o desempenho da malha de controle nesta situação até que seja feita a manutenção da planta industrial. Este trabalho apresenta controladores com compensação de atrito e analisa seu desempenho comparado com outros compensadores já conhecidos e amplamente utilizados, através de ensaios na Planta Piloto de Vazão da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. / The control valves are the final elements of most of the control loops in industry. Besides, the friction can cause variability in the process, which is an undesirable situation. Furthermore, about 20% to 30% of the oscillations in control loops are caused by friction or hysteresis. Another relevant fact is that much times it is not possible to make the maintenance of the valve that is under a considerable variability, because it is not desirable nor possible to stop the process to make the maintenance of the control valve. Thereby, studying friction compensation methods is necessary as a way to improve the control loop performance in this situation until the industrial plant maintenance is made. This dissertation presents controllers with friction compensation and analyzes its performances compared with other known and widely used compensators through experiments made at the Flow Pilot Plant of Polytechnic School of University of São Paulo.

Sistemas pneumáticos de irradiação são instalações utilizadas em reatores nucleares de pesquisa. Sua função principal é de prover um meio rápido de envio de materiais para irradiação em posições localizadas nas proximidades do núcleo do reator. Durante sua utilização, cápsulas contendo os materiais de estudo são enviadas por meio de tubulações utilizando um fluido propulsor gasoso. Ao chegar à posição desejada, a cápsula sofre a exposição à radiação proveniente do reator possibilitando as transformações do material alocado em seu interior, porém como consequência da exposição também ocorre seu aquecimento térmico. Este trabalho estudou de forma numérica, utilizando a dinâmica dos fluidos computacional (CFD) e experimental, por meio de uma bancada de ensaios, o escoamento e transferência de calor durante o processo de irradiação. Os resultados encontrados demonstraram um aquecimento significativo para tempos de irradiação na ordem de 1 minuto considerando uma taxa de geração de calor constante, provocando a elevação da temperatura da cápsula a valores críticos para materiais de fabricação das cápsulas comumente utilizados como o polietileno de alta densidade (PEAD). Além disso, foram levantados os campos de velocidade, pressão e temperatura para o fluido propulsor e água de resfriamento no interior do tubo de irradiação que abriga a cápsula durante sua irradiação e avaliadas as respostas para diferentes modelos de turbulência nas simulações numéricas. Em função dos resultados obtidos concluiu-se que o estudo desenvolvido possibilitou exemplificar o processo de aquecimento das cápsulas e fornecer informações sobre as características do escoamento no interior do tubo de irradiação que abriga as cápsulas durante o processo de exposição. A utilização de diferentes modelos de turbulência nas simulações gerou resultados similares para o caso de estudo, porém pequenas variações em regiões de escoamento próximo à parede e em zonas de recirculação foram encontradas. / Pneumatic irradiation system facilities are used in nuclear research reactors. Its main function is to provide a fast means of sending materials to irradiation positions located near the reactor core. Capsules containing the sample materials are sent through pipes using a gaseous fluid propellant. Upon reaching the desired position, the capsule undergoes exposure to radiation from the reactor enabling the transformation of the material allocated inside, but as a consequence of exposure, its thermal heating also occurs. This study investigated numerically, using computational fluid dynamics (CFD), and experimentally the flow and heat transfer during the irradiation process. The results showed a significant heating for irradiation times on the order of 1 minute, considering a constant heat generation rate, thus causing increase in the capsule temperature up to critical values, for the materials that are commonly used for their manufacture. In particular, this is the case of the high density polyethylene (HDPE). Furthermore, the velocity, pressure and temperature fields were obtained for the propellant fluid and cooling water inside the irradiation tube house during its irradiation and the response of different turbulence modeling in the numerical simulations were analyzed. Based on the results obtained, it was possible to conclude that the developed study exemplified the heating process of the capsules and provided information about the characteristics of the flow inside the irradiation tube that houses the capsules during the exposure process. The use of different turbulence models in the simulations generated similar results for the study, however small variations in regions of flow near to the wall and inside recirculation zones were found.