Orientadores: Carlos Teofilo Salinas Sedano, Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T08:57:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_RaqueldaCunhaRibeiroda_D.pdf: 3855986 bytes, checksum: dc3f065365a2224c57128ddbedffab68 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O fenômeno de formação de frost é encontrado em muitas aplicações comerciais e industriais de baixa temperatura. A camada de gelo que se forma em uma superfície fria cresce ao longo do tempo, tornando-se mais densa e por este motivo, a formação de frost em equipamentos é responsável pela queda no seu desempenho. O processo de formação de frost é um fenômeno transiente e complicado de avaliar, no qual os processos de transferência de calor e de massa ocorrem simultaneamente em um meio poroso. Neste trabalho apresentam-se medições experimentais da espessura de frost ao redor de cada um dos tubos de um arranjo triangular de cilindros verticais, realiza-se a estimação experimental de uma correlação empírica para a obtenção do número de Nusselt Global sobre o arranjo de tubos com formação de frost baseada nas medições experimentais feita numa seção de teste no interior de um túnel de vento do Laboratório de Armazenamento térmico e tubos de Calor da FEM. Para verificação é feita a estimação de uma correlação empírica para o Número de Nusselt Local em cada cilindro baseado em dados empíricos da literatura e um procedimento inverso de aproximação sucessiva utilizando a solução numérica unidimensional que simula o problema direto de formação de frost em geometria cilíndrica. O mesmo procedimento utilizando os dados experimentais deste trabalho. Encontra-se que os valores dos Números de Nusselt para as duas formas de estimação tem boa concordância. Comparações dos resultados numéricos e experimentais são realizadas e mostra-se boa concordância dos resultados das simulações numéricas para o crescimento da camada de frost utilizando ambas as correlações empíricas / Abstract: In practice, it is found the phenomenon of frost formation in a lot of commercial and industrial refrigeration applications. The layer of ice that it is formed in a cold surface grows over time, becoming more dense and bigger, and for that reason, this formation of frost in refrigeration equipment is responsible for performance decrease in this equipment. The formation of frost is a complicated and transient process, where different process of heat transfer and mass occurs simultaneously in a porous and fine layer. The convective and mass diffusive coefficients are difficult to determinate in fact of the complex physic phenomenon and the variation of the different properties that occurs over time like velocity, temperature, humidity and the geometry of this problem himself. In this work some experimental results of the frost thickness around every cylinder in a triangular arrangement of vertical cylinders are presented, an estimated experimental correlation in order to find Nusselt Global number in this triangular arrangement of cylinders is presented. This correlation is based in the experimental measurements in a wind tunnel situated in the Laboratory of Thermal storage and Fluids in FEM. In order to verify this correlation, another empiric correlation have been estimated in order to find the Nusselt number Global and Local in each cylinder. In this case, it is used data reported in the literature and an inverse method that approximates the numerical solution in one dimension that simulates this problem in cylindrical frost formation geometry. Then the same procedure has been made using the experimental results founded in this work. The different results of the two different correlations have an acceptable concordance. Different comparisons of the numerical and experimental results have been made for the frost growth always validating the results with the numerical simulations of the frost growth using both of the empirical correlations and comparing them with the experimental results that have been founded in this work and with other experimental results founded in the literature / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutora em Engenharia Mecânica

Orientador: José Vicente Hallak d'Angelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:12:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_ThallesAllan_M.pdf: 2702197 bytes, checksum: 32c6cee79361c26e4489867146b0682e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Por se tratar de um combustível fóssil menos emissor de gás carbônico ao meio ambiente do que outros combustíveis, a demanda mundial de gás natural para sua utilização como fonte energética tem aumentado nos últimos anos. No entanto, quando a quantidade requerida de importação do gás natural é alta e é grande a distância entre os países fornecedores e compradores, o transporte do gás por meio de gasodutos torna-se inviável, acarretando na necessidade de produção de gás natural liquefeito. Ao se liquefazer a uma temperatura próxima a -160 °C, o volume do gás natural é reduzido em até 600 vezes, permitindo ser transportado a grandes distâncias por meio de embarcações especiais. Na liquefação do gás natural estão envolvidos ciclos de refrigeração que podem ser utilizados por diferentes rotas. Os principais tipos de ciclo de refrigeração são o ciclo de compressão de vapor e o ciclo de absorção. Nesse trabalho, foram simulados no programa Aspen HYSYS, versão 7.3, os ciclos cascata e APCI para a produção de GNL, que utilizam ciclos de refrigeração por compressão de vapor. O coeficiente de desempenho global do ciclo APCI alcançado com as simulações foi maior que o do ciclo cascata: 1,690 contra 0,839. Em seguida, um dos subciclos de compressão de vapor envolvidos no ciclo APCI foi substituído por um subciclo de absorção de efeito simples, utilizando-se diferentes combinações de pares refrigerante/absorvente (NH3/H2O, NH3/DMF, R22/DMF e R134a/DMF). O ciclo com o par NH3/DMF foi aquele com os melhores resultados para o coeficiente de desempenho. Finalmente, foram realizadas duas etapas de otimização dos ciclos propostos: uma delas através da maximização do COP dos ciclos de refrigeração e outra baseada na minimização dos custos dos processos, referentes aos custos dos principais equipamentos envolvidos. A maximização conseguiu atingir COP igual a 2,062 para o ciclo cascata e 2,505 para o ciclo APCI. Dentre os pares avaliados no ciclo APCI modificado, o par NH3/DMF manteve-se com o melhor COP do subciclo de absorção. Na minimização dos custos, obteve-se o custo dos equipamentos de US$ 4,1 milhões para o ciclo cascata e US$ 14,3 milhões para o ciclo APCI original. Em relação aos pares do ciclo APCI modificado, o par NH3/H2O apresentou os menores custos, tanto antes quanto depois da otimização, alcançando US$ 9,8 milhões / Abstract: Because it is a fossil fuel that emits less carbon dioxide to the environment than other fuels, worldwide demand for natural gas for use as energy source has increased in recent years. However, when the required amount of imports of natural gas is high and there is a great distance between suppliers and buyers of the gas, the gas transportation through pipelines it is not feasible, resulting in the need to produce liquefied natural gas (LNG). When the gas reaches a temperature close to -160 ° C, its volume is reduced by up to 600 times, allowing the liquefied natural gas to be transported over long distances through special ships. Liquefaction of natural gas involves refrigeration cycles that may be used by different routes. The main types of refrigeration cycle are the cycle vapor compression cycle and absorption cycle. In this study, it was simulated, on Aspen HYSYS, version 7.3, the cascade and the APCI cycles, to roduce LNG using vapor compression refrigeration cycles. The overall COP for the APCI cycle achieved after the simulations was greater than that the cascade cycle coefficient of performance: 1.690 against 0.839. Then, a vapor compression subcycle involved in the APCI cycle has been replaced by a single-effect absorption cycle, using different combinations of refrigerant/absorbent pairs (NH3/H2O, NH3/DMF, R22/DMF and R134a/DMF). The modified APCI cycle using the pair NH3/DMF was the one with the best results for the coefficient of performance. Finally, two stages of the proposed optimization cycles were performed: one through the maximization of the COP of the refrigeration cycles and one based on the minimization of process costs, regarding the costs of major equipment involved. Maximization has achieved COP equal to 2.062 for the cascade cycle and 2.505 for the APCI cycle. Among the pairs evaluated in the modified APCI cycle, the pair NH3/DMF remained with better COP of the absorption subcycle. In minimizing of costs, it was obtained the equipment cost of $ 4.1 million for cascade cycle and $ 14.3 million for the original APCI cycle. Regarding the modified APCI cycle, the pair NH3/H2O had showed the lowest cost, both before and after optimization, reaching $ 9.8 million / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química

Orientador: José Ricardo Figueiredo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T20:30:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_MaxMauroLozerdos_M.pdf: 8423703 bytes, checksum: 5b452213e84aa4386f6d9f3291cae840 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho foi realizado um conjunto de simulações numéricas de diferentes sistemas de bombas de calor em diferentes condições de funcionamento, para atender simultaneamente às demandas do ar condicionado e do consumo de água quente em edifício. Foram consideradas na proposta deste trabalho duas máquinas independentes, uma bomba de calor responsável pelo aquecimento e um ciclo de refrigeração para resfriamento da água. Além disso, foi investigado a possibilidade de empregar os efeitos de aquecimento e resfriamento de uma única bomba de calor padrão, duas bombas de calor em cascata e um sistema com dois estágios de compressão com separador de gás flash. Para estas alternativas fez-se necessária a complementação da energia térmica através de uma bomba de calor auxiliar para atender a demanda total de água quente e fria e os desempenhos dos sistemas de bombas de calor foram comparados através de uma análise energética. Um programa em ambiente MATLAB® foi desenvolvido e envolveu relações termodinâmicas e de transferência de calor para os sistemas de bombas de calor e sistema de distribuição de água quente e fria para o edifício, a fim de aproximar o funcionamento dos sistemas reais. Utilizaram-se ferramentas como o método de Substituição-Newton-Raphson, para a solução dos problemas em regime permanente, e que também foi utilizado juntamente com o método de Euler para resolução em condições variáveis ao longo de 24 horas. Os resultados confirmaram a viabilidade energética ao utilizar bombas de calor, podendo obter para o efeito de aquecimento de água uma economia de até 72% no consumo de energia elétrica, quando comparado ao chuveiro elétrico. Através dos resultados também foi possível observar que o sistema de bomba de calor com separador de gás flash desempenha sua função de forma mais eficiente, energeticamente, quando comparado ao sistema padrão e em cascata / Abstract: In this work it was realized a set of numerical simulations of different heat pump systems in different operation conditions to meet simultaneously the demands of air conditioning and hot water consumption in a building. It was considered in propose this work two independent machines, a heat pump responsible for heating and a refrigeration cycle responsible for cooling water. Moreover, it was explored the possibility to employ the both effects, heating and cooling, of a standard heat pump, two heat pumps in cascade and a system with two compression stages with a flash gas separator. For the last alternatives it was necessary complementary thermal energy through an auxiliary heat pump to meet the total demand of hot and cool water. The performance of the heat pump systems was compared through an energetic analysis. A program in MATLAB® was developed involving of thermodynamic and heat transfer relations for the heat pumps and water distribution systems in the building with purpose to approach the real system operation. Moreover, the method Substitution-Newton-Raphson was used to solve the problems in steady state and this method together with Euler method were used to solve in variable conditions throughout 24 hours of the day. The results confirmed the energetic feasibility using heat pump systems. These systems will be able to save up to 72% in energy consumption using heating effect comparing to an electric shower. Furthermore, the system with flash gas separator it works of more way energetically efficient than other systems as a standard and a cascade systems / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: José Ricardo Figueiredo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T09:42:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_VicenteMoreira_M.pdf: 11336909 bytes, checksum: cec42244f36a4a343bfddabbb5e185cc (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Foi elaborado um modelo com simulação computacional de um sistema de refrigeração por adsorção, acionado por rejeito de calor oriundo de processos industriais, no caso, especificamente, proveniente de um protótipo pré-comercial existente de um equipamento gerador de eletricidade por célula combustível a hidrogênio produzido via reforma de etanol. Inicialmente foi feita uma revisão bibliográfica sobre os mecanismos da adsorção, os modelos com suas variantes e aplicações, em seguida foi apresentada uma discussão sobre ciclos de refrigeração por adsorção e o balanço energético com base na primeira lei da termodinâmica. Com base nas referências bibliográficas, primeiro foi idealizado um equipamento um composto por dois reatores operando fora de fase, evaporador, condensador e válvulas para operação do sistema. Em seguida a este equipamento, foram agregados um recuperador de calor e acessórios na corrente de gases quentes e um reservatório de água gelada. Para todo o conjunto, foi elaborado um modelo matemático para simular numericamente a operação do equipamento, a qual é realizada por meio de rotinas computacionais elaboradas em Matlab®. O modelo em um primeiro momento foi validado com dados experimentais e numéricos obtidos na literatura para condições de operação que se aproximam da proposta do presente trabalho. Em seguida com o sistema completo, foram feitas simulações com dois pares adsorvente/adsorvato distintos, primeiro na forma de resfriamento por batelada e em seguida submetendo o sistema a varias de cargas térmicas contínuas. Os resultados das simulações mostram que cada par adsorvente/adsorvato requer uma faixa de temperatura específica, sendo que dentre os pares estudados, o melhor aproveitamento da energia disponível dá-se com o par Sílica-gel/água / Abstract: This work proposes a computational simulation model of an adsorption cooling system driven by waste heat from industrial processes, in particular from an existent pre-commercial prototype of an integrated ethanol reformer fuel cell system. Firstly, a literature review was carried out on adsorption mechanisms, their models and applications. Secondly, adsorption cooling cycles and energy balance from the first law of thermodynamics are discussed. Based on the literature review, an adsorption cooling system was modeled with two adsorbers working out of phase, an evaporator, a condenser and valves. The model was validated vis-à-vis experimental and numerical data from the literature. Subsequently a heat recover for the hot exhaust gases and a cold water reservoir were incorporated. In the model numerical simulations were carried out for two working pairs (silica gel/water and zeolite 13X/water) considering either batch cooling or steady heat load. For the whole equipment set, the mathematical model was numerically simulated on Matlab®. The results show that each working pair requires a specific temperature range for proper operation and the silica-gel/water working pair resulted in the best use of the available waste heat / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: José Vicente Hallak d'Angelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T08:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_HugoValenca_M.pdf: 2457535 bytes, checksum: cf5a800ee51a5605b7d2cd69248ef52c (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A refrigeração e o condicionamento de ar representam um campo tecnológico em potencial para a adoção de medidas de economia de eletricidade. Nesse sentido, Sistemas de Refrigeração por Absorção (SRAs) figuram como uma opção interessante por serem adequados à produção de frio mediante um gasto significativamente menor de energia elétrica em comparação a Sistemas de Refrigeração por Compressão Mecânica (SRCMs) de vapor. Com a finalidade de gerar o efeito de refrigeração, o SRCM realiza uma compressão mecânica de vapor à custa do consumo de trabalho elétrico em um compressor; em contrapartida, a compressão no SRA é de natureza termofísica/química e promovida por energia térmica. No segmento de açúcar e álcool brasileiro, a etapa determinante da produção de etanol a partir da cana consiste na fermentação alcoólica do mosto em dornas. Tal etapa é exotérmica e, uma vez que a elevação descontrolada da temperatura desfavorece a produção de álcool, há a necessidade de remover o calor gerado por meio do resfriamento do meio em fermentação. Dessa forma, o objetivo geral do presente trabalho foi simular e analisar o desempenho termodinâmico (energético, COP, e exergético, ?ex) de SRAs com diferentes configurações, trabalhando com o par água/brometo de lítio (H2O/LiBr) e que satisfaçam a carga de refrigeração demandada por um processo fermentativo. Adicionalmente, um dos objetivos específicos foi investigar o risco de ocorrência da cristalização do LiBr, a qual resulta em depósitos, com o auxílio da curva de equilíbrio sólido-líquido (solubilidade) do par H2O/LiBr. As análises dos efeitos de variáveis de projeto e operação (realizadas no software Engineering Equation Solver - EES) demonstraram que os valores de COP das configurações de SRAs de duplo efeito são significativamente maiores do que aquele da configuração de simples efeito; no entanto, as eficiências exergéticas de todas as configurações são equiparáveis, o que pode ser atribuído à quantidade e à qualidade da energia térmica consumida nos respectivos geradores de primeiro efeito. Baixos desempenhos de Segunda Lei são devidos principalmente ao absorvedor, pois esse equipamento apresenta os maiores defeitos de eficiência em todos os SRAs estudados. Adicionalmente, avaliou-se a dependência do desempenho termodinâmico quanto às efetividades de trocadores de calor intermediários, a diferenças de pressão operacional e à cessão direta de calor externo a geradores de segundo efeito. Entre outros resultados, observou-se a existência de máximos do COP e da ?ex em função da temperatura no gerador de primeiro efeito. No que se refere à possibilidade de precipitação do LiBr, verificou-se menor iminência no SRA de duplo efeito com fluxo em paralelo. Em particular, observou-se que aumentos excessivos da temperatura no gerador de primeiro efeito, além de não favorecerem o desempenho termodinâmico, tornam o risco de cristalização do LiBr mais significativo / Abstract: Refrigeration and air conditioning represent a potential technological field for the adoption of measures to save electricity. In this way, Absorption Refrigeration Systems (ARSs) are an interesting option because they are suitable for the production of cold utilities with a significantly lower cost of electric power compared to Mechanical Compression Refrigeration Systems (MCRSs). In order to generate the cooling effect, the MCRS performs a mechanical vapor compression at the expense of the consumption of electrical work in a compressor. On the other side, the nature of the compression in ARSs is thermo physical/chemical and this process is promoted by thermal energy. In the Brazilian sugar and ethanol industry, the main stage of ethanol production from sugarcane is the alcoholic fermentation in vats. This stage is exothermic and since the uncontrolled elevation of temperature results in disadvantages to the ethanol production, it is necessary to remove the heat generated by the cooling of the fermentation medium. Thus, the general objective of this study was to simulate and analyze the thermodynamic performance (energy, COP, and exergy, ?ex) of ARSs with different configurations, working with the water/lithium bromide (H2O/LiBr) mixture, and satisfying the cooling load demanded by a fermentation process. Additionally, one of the specific objectives was to investigate the risk of LiBr crystallization, resulting in deposits, with the aid of the solid-liquid equilibrium (solubility) curve of the H2O/LiBr mixture. Analyses of the effects of design and operating variables (executed in the software Engineering Equation Solver - EES) have shown that the values of COP of the double effect configurations are significantly greater than that of the simple effect configuration; however, the exergetic efficiencies of all configurations are comparable, which can be attributed to the quantity and the quality of the energy consumed in the respective first effect generators. Low Second Law performances are mainly due to the absorber because this equipment has the highest efficiency defects in all ARSs studied. Additionally, it was evaluated the dependence of the thermodynamic performance regarding to the effectivenesses of intermediate heat exchangers, the differences in operating pressures and the direct supply of external heat to second effect generators. Among other findings, it was observed the existence of maximums of COP and ?ex as functions of the temperature in the first effect generator. With regard to the possibility of LiBr precipitation, it was verified lower imminence in the double effect ARS with parallel flow. In particular, it was observed that excessive rises in the temperature in the first effect generator, besides not favor the thermodynamic performance, makes the risk of LiBr crystallization more significant / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: José Vicente Hallak d'Angelo, Francine de Mendonça Fábrega / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T13:33:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nascimento_NayraReisdo_M.pdf: 1429168 bytes, checksum: 30227a0f4015b5e13ac57c8d1cbb2396 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Sistemas de refrigeração têm diversas aplicações, como por exemplo: proporcionar conforto térmico através da climatização de ambientes; gerar utilidades frias para aplicações em processos industriais; conservação de alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos, entre outros. Sistemas de refrigeração por absorção podem ser aplicados para obter níveis de refrigeração menor, utilizando fontes alternativas de energia, como por exemplo, a energia solar. Essa tecnologia pode ser implantada em regiões onde não há energia elétrica, como é o caso de boa parte do Estado do Amazonas. No entanto, nessa região, há um alto potencial de energia solar, pois é cortada pela Linha do Equador. Nesse trabalho, um ciclo de refrigeração por absorção capaz de ser acionado por energia solar, utilizando como fluidos refrigerante-absorvente NH3/H2O, R134a/DMF, (R134a+R32+R23)/DMF e (R134a+R32)/DMF, foi estudado visando sua aplicação para a conservação de alimentos de pequenas comunidades do Estado do Amazonas. Os ciclos foram simulados utilizando o simulador de processos Aspen Hysys®, versão 7.2. Uma vez validadas as simulações, foi realizada uma análise termodinâmica das principais variáveis operacionais (temperatura do gerador e do evaporador e pressão da região de baixa pressão) e em seguida, utilizando a ferramenta Optimizer do simulador, foi realizada a otimização dos ciclos visando a maximização do coeficiente de desempenho (COP) dos mesmos, obtendo-se uma melhoria em torno de 8 % para o sistema NH3/H2O. Para o sistema R134a/DMF, O COP aumentou 25 %. Os sistemas simulados mostraram-se adequados para usar como fonte de calor no gerador, a energia solar, aproveitando assim a alta incidência que ocorre no local proposto para sua aplicação / Abstract: Refrigeration systems have a lot of applications, like: thermal comfort for environmental acclimatization; generation of cold utilities used in industrial processes; food, beverage and pharmaceutical products preservation, and many others. Absorption refrigeration systems may be used to obtain refrigeration at low levels, using energy alternative sources, as solar energy for example. This technology may be implemented in places where there is no electric energy available, like is the case of a great part of Amazonas State. In this region, there is a high availability of solar energy, since it is situated at Equator Line. In this work, absorption refrigeration cycles, which can use solar energy as primary energy source, using the following pairs refrigerant-absorbent NH3/H2O, R134a/DMF, (R134a+R32+R23)/DMF e (R134a+R32)/DMF were studied, aiming its application for food preservation in small communities at Amazonas State. The cycles were simulated using a commercial process simulator, Aspen Hysys®, version 7.2. Once the simulations performed were validated using literature data, a thermodynamic analysis of the main operational variables of the cycle was done. These variables are: generator and evaporator outlet temperature and pressure at low pressure side of the cycle and then, using the Optimizer tool of the simulator, the optimization of the cycle was performed using as objective function the maximization of the coefficient of performance (COP). An improvement of 8% for the system NH3/H2O was achieved. For the system R134a/DMF, an increase of 25% for the COP was observed. Simulated systems are adequate to use solar energy as heat source in the generator, using the great potential of the region proposed for their application / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Ana Maria Frattini Fileti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T17:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VidalSantos_SauloFernandodos_M.pdf: 3908407 bytes, checksum: 8f5bba56950cb6628faf5b13df5bea0e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Na maioria das indústrias químicas se faz necessário a refrigeração de equipamentos, produtos, processos, ambientes, etc. A grande desvantagem dos sistemas de refrigeração empregados nesses processos está no gasto energético envolvido, que pode representar 70% do gasto total de uma planta. Visando minimizar esses gastos, exaustivos trabalhos de pesquisa vem sendo desenvolvidos neste campo. No Laboratório de Controle e Automação de Processos da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, há um protótipo de um chiller utilizado em pesquisas de técnicas de modelagem e controle visando reduzir o gasto energético empregado nos sistemas de refrigeração. Com o intuito de facilitar estes estudos, este trabalho desenvolveu um modelo a partir dos simuladores comerciais ASPEN PLUS'MARCA REGISTRADA' e ASPEN DYNAMICS'MARCA REGISTRADA' capaz de representar o protótipo experimental citado. Para validação do modelo, foram utilizados dados obtidos da própria planta experimental, em diferentes condições de processo, garantindo a funcionalidade do modelo para situações diversas de funcionamento do equipamento. Uma vez validado, o modelo desenvolvido foi utilizado no estudo dinâmico do processo de refrigeração. Também foram verificadas estratégias de controle clássico e sua aplicabilidade nos sistema em questão. Está presente no trabalho o detalhamento das variáveis e parâmetros que foram utilizados na configuração, no ASPEN PLUS'MARCA REGISTRADA', dos blocos representativos dos equipamentos. Todas as formas de controle PID sugeridas se adaptaram bem ao processo, mas apenas no ponto de operação para qual o controle foi sintonizado, ou seja, para cada ponto de operação, uma nova sintonia deve ser realizada / Abstract: Refrigeration systems are required in most chemical industries in order to maintain the temperature in process equipments, production line, air-conditioned environments or rooms, etc. The main drawback of the refrigeration systems is the great expense of energy, which can represent up to 70% of the energy expenditure of the global plant. Aiming to minimize these costs, several scientific works have been developed in this field. In the Automation and Process Control Laboratory at FEQ/UNICAMP, there is a chiller prototype used in technical research on modeling and control strategies to save energy in refrigeration systems. In order to facilitate these studies, in this work it was developed a model, based on commercial simulators such as ASPEN PLUS 'TRADE MARK' and ASPEN DYNAMICS'TRADE MARK', capable of representing the experimental prototype. To validate the model, data obtained from the experimental plant, under different process conditions was used, ensuring the functionality of the model for different operating conditions. After validated, the model was used to the dynamic cooling process study. Classical control strategies were applied and their applicability in the cooling system was analyzed. This work contains details on the configuration of variables and parameters used in the equipment simulation blocks from ASPEN PLUS'TRADE MARK'. All proposed strategies of PID control showed to be well adapted to the process, but only at the operating point for which control was tuned. To summarize, for each operating point a new controller tuning must be carried out / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: José Vicente Hallak D'Angelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:35:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_LucasdoNascimento_M.pdf: 3266685 bytes, checksum: bcb117406f32b82280c5345bd6aed670 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: No presente trabalho foi analisado um sistema de trigeração, produção simultânea de trabalho, calor e frio partindo de uma única fonte de energia, visando uma maior eficiência energética do sistema, por meio de um estudo mostrando a influência de algumas variáveis operacionais do processo na distribuição das utilidades geradas e na eficiência global do sistema. São analisadas as influências da razão de compressão do compressor, da eficiência da turbina, quantidade de ar em excesso no sistema e capacidade de processamento de água para produção de vapor, sobre as eficiências do sistema (eficiência do ciclo de potência, eficiência global do sistema e coeficiente de desempenho do ciclo de refrigeração por absorção), vazão de vapor produzido na caldeira e temperatura de descarga dos gases na atmosfera. De acordo com a análise de sensibilidade, a maior e a menor eficiência global da trigeração foram obtidas com 0% de ar em excesso e turbina com 70% de eficiência, sendo os valores encontrados iguais a 85% e 66%, respectivamente. O ciclo de refrigeração por absorção apresentou um aumento do coeficiente de desempenho igual a 26,7%. Os resultados obtidos mostram que as maiores perdas energéticas no processo decorrem de um menor aproveitamento do trabalho útil produzido na turbina, as quais podem ser compensadas com o aumento da produção de vapor pela caldeira. Com o trabalho proposto é possível entender melhor as relações de dependência entre os equipamentos do sistema e a capacidade de produção das utilidades. Tal entendimento é fundamental para que se possam estabelecer condições ótimas de operação do sistema, direcionar melhor os parâmetros utilizados para atender às necessidades do processo e com isso ser evitado o desperdício de capital (economizando combustível e aumentando a eficiência energética do processo) e reduzindo também o impacto ao meio ambiente / Abstract: In this work a trigeneration system, simultaneous production of power, heat and cooling using only one energy source, was analyzed, aiming at a better energetic efficiency of the system, showing the influence of some operating variables of the process on the utilities generated and the efficiency of the overall system. In this study the influence of the compression ratio of the compressor, turbine efficiency, amount of excess air in the system and capacity of steam generation on the efficiencies of the system (power cycle efficiency, overall system efficiency and coefficient of performance of absorption cycle), steam flow and temperature of the last exhaust stream are analyzed. According to sensibility analysis, the highest and lowest overall efficiency of the trigeneration were obtained with 50% of excess air and 70% turbine adiabatic efficiency, and the values found were equal to 81% and 70%, respectively. The absorption refrigeration cycle has showed an increase in the coefficient of performance equal to 26.7%. The results obtained has shown that the greatest energy losses in the process are due to a lower production of useful work produced in the turbine. These losses may be compensated by an increase in the vapor production rate in the boiler. With this work a better understanding of the dependence relationship between the equipment of the trigeneration system and the production capacity of utilities was achieved. This understanding is fundamental because it can provide optimum operation conditions of the system, better operational parameters used to reach the needs of the process and thereby avoid the waste of capital (saving fuel and increasing the energy efficiency of the process), also reducing the impact on the environment / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Flávio Vasconcelos da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T15:14:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Franco_IvanCarlos_D.pdf: 30656846 bytes, checksum: 73b0216f94ce7393fb51d78cc6e4ea7f (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Os sistemas de refrigeração estão presentes em diferentes ramos da indústria e caracterizam-se como grandes consumidores de energia com considerável comportamento não-linear. Inúmeros trabalhos vêm sido desenvolvidos para promover a redução dos gastos energéticos e a minimização dos efeitos das não-linearidades nestes sistemas. A aplicação da automação e do controle de processos, particularmente o uso de técnicas avançadas de controle, são estratégias amplamente utilizadas para esta finalidade. O Controle Preditivo baseado em Modelos (MPC) é capaz de estabilizar processos onde há não-linearidades, sendo promissora a sua aplicação em sistemas de refrigeração. Neste trabalho, foi desenvolvido um SIStema de MOnitoramento e Controle Avançado para Refrigeração (SISMOCAR) capaz de monitorar, em tempo real, através da comunicação OPC (OLE for Process Control), todas as variáveis envolvidas no ciclo de refrigeração e também realizar o controle das variáveis de interesse. Modelos Takagi-Sugeno (SISO) para a predição das temperaturas de evaporação (Te) e do fluido secundário (Tp) foram desenvolvidos e validados, a partir da técnica ANFIS (Adaptative Network based Fuzzy Inference Systems), com análise de desempenho baseado no cálculo do VAF (Variance accounted for). Os modelos Takagi-Sugeno validados foram utilizados como base para Controladores Preditivos, mais especificamente um Controlador Preditivo Generalizado (GPC). Os controladores GPC's foram desenvolvidos sem restrições na função objetivo da ação do controlador. Foram projetados diferentes controladores preditivos para diferentes regras locais (Regras Fuzzy), sendo a ação global do controlador a integração ponderada dos modelos locais. Foram desenvolvidos três diferentes controladores: GPC1 (controle da temperatura de evaporação utilizando modelo de predição da Te em função da frequência do compressor); GPC2 (controle da temperatura do propilenoglicol utilizando modelo de predição da Tp em função da frequência do compressor) e GPC3 (controle da temperatura do propilenoglicol utilizando o modelo de predição da Tp em função da frequência da bomba do evaporador). Os testes realizados para rastreamento do set-point (±1 °C), com carga térmica constante de 3000 W, mostraram-se satisfatórios sendo os melhores desempenhos apresentados pelos controladores GPC1 e GPC2 onde o desvio da variável controlada em relação ao set point, dos respectivos controladores, ficou em torno de ± 0,3 °C / Abstract: Refrigeration systems can be found in many different branches of industry and are characterized as great energy consumers with considerable non-linear behavior. Several studies have been developed to promote the reduction of energy costs and to minimize the effects of nonlinearities in these systems. The use of automation and process control, particularly the use of advanced control techniques, is a widely used strategy for this purpose. The Model Predictive Control (MPC) is capable of stabilizing processes in which there are nonlinearities, and it is a promising application in refrigeration systems. In this work, a System for Monitoring and Advanced Control in Refrigeration (SISMOCAR) was developed using OPC (OLE for Process Control) communication. This feature allowed beyond real time monitoring for all variables involved in the refrigeration cycle, the control of the relevant variables. Furthermore, to predict the evaporating (Te) and the secondary fluid (Tp) temperatures, Takagi-Sugeno models (SISO) were developed and validated using the ANFIS (Adaptive Network-based Fuzzy Inference Systems) technique, with performance analysis based on the VAF (Variance accounted for) calculation. The validated Takagi-Sugeno models were used as basis for Predictive Controllers, specifically using Generalized Predictive Controller (GPC) strategy. The GPC controllers were developed without constraints in the objective function of the controller action. Different predictive controllers were designed for different local rules (Fuzzy Rules), being the weighted integration of the local models the controller global action. Three different controllers were developed: GPC1 (evaporating temperature control using the Te predictive model as a function of compressor frequency); GPC2 (control of propylene glycol temperature using the Tp predictive model as a function of compressor frequency) and GPC3 (control of propylene glycol temperature using the Tp predictive model as a function of the frequency of the evaporator pump). The tests performed for the set-point tracking (± 1 °C), with constant thermal load of 3000 W, were considered satisfactory and best performances were those obtained by GPC1 and GPC2 controllers, in which the controlled variable was around ± 0,3 °C / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador : Olivio Novaski / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T09:12:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rios_MarciaReginadaSilva_M.pdf: 5234683 bytes, checksum: 6fcc031ee73adbbcadf9c1f723e117cb (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Este trabalho teve por objetivo a análise comparativa do desempenho de dois tipos diferentes de lubro-refrigerantes, sintético e emulsionável, na furação do aço inoxidável ABNT 304. Para tanto foram utilizadas brocas de metal duro com cobertura de nitreto de titânio e refrigeração interna. Durante os ensaios, foram determinados os esforços de corte gerados no processo de furação, o desgaste da broca e a qualidade dos furos obtidos. A comparação da performance dos dois meios é importante devido à crescente questão ambiental, onde as restrições ao descarte das emulsões são cada vez mais rigorosas. Os fluidos sintéticos, por apresentarem maior estabilidade microbiológica, proporcionam um aumento significativo no tempo de durabilidade do sistema lubrorefrigerante, evitando assim, a geração de resíduos líquidos. O desgaste VB da broca, utilizada com o sistema sintético, foi acentuadamente menor que o obtido no outro sistema, levando à conclusão que um maior número de furos pode ser feito com a mesma ferramenta. Resumo: Este resultado é muito importante quando se analisam os tempos improdutivos em um sistema de manufatura e estes são gerados por trocas sucessivas de ferramentas. Por outro lado, o sistema sintético é um meio de lubrificação com mínimo impacto ambiental / Abstract: The goal of this work is the analysis comparative between two differents types of cutting fluids, synthetic and emulsion, in Austenitic Stainless steel 304 drilling. For this work, cemented carbide metal oil OO11s with Titanium Nitride coating and internal lubrication were used. Cutting forces in the drilling process, the drill wearing and the holes quality level were determined. The performance parallels of these two ways of lubrication is very important to the enviromental care, where the governamentals regulation and emulsion discard restrictions are more and more stronger. The Synthetic Fluids have more microbiologycal stability, so they improve the lifetime of a lubricant system, avoiding liquid sewage. The VB drill wear which worked in the synthetic system was lower than that one which works in the half-synthetic system, driving us to conclude that a higher number of holes can be manufactured with the same tool. This result is very important when it is analised the lost of time in a manufacture process by tools changing. So, the result shows that is possible to use a synthetic lubricant and be enviromental mend / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica