Neste trabalho apresenta-se um algoritmo para a simulação de problemas tridimensionais de interação fluido-estrutura utilizando a técnica de elementos finitos. Um esquema de Taylor-Galerkin de dois passos e elementos tetraédricos lineares são empregados para o fluido, que pode ser compressível ou incompressível. É adotada uma formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE), compatível com o movimento da interface fluidoestrutura. Um método ftacionado de correção de velocidade é utilizado para os fluidos incompressíveis. A estrutura é analisada usando elementos triangulares com três nós e seis graus de liberdade por nó (três componentes de deslocamentos e três componentes de rotação). Os efeitos da não-linearidade geométrica são incluídos. O método de Newmark é empregado para integrar no tempo as equações dinâmicas de equilíbrio, usando-se uma descrição lagrangeana atualizada. O sistema de equações alge'bricas é solucionado através do método dos gradientes conjugados e o sistema não-linear, resultante de deslocamentos e rotacões finitas da estrutura, é solucionado com um esquema incremental-iterativo. O código é otimizado para aproveitar as vantagens do processamento vetorial.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-10T13:51:54Z No. of bitstreams: 2 DISSERTACAO_RAFAELA_DANTAS_2013.pdf: 5538576 bytes, checksum: dd212bb6892e5b1804381b17e5fd103d (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-10T13:51:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTACAO_RAFAELA_DANTAS_2013.pdf: 5538576 bytes, checksum: dd212bb6892e5b1804381b17e5fd103d (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-08-26 / Pesquisas sobre rochas evaporíticas tem absorvido enorme esforço das áreas de engenharia e geociências devido à sua importância no processo exploratório e durante o desenvolvimento de reservatórios de petróleo. Um fator importante em relação aos evaporitos é que estes apresentam condutividade térmica superior aos demais tipos de rochas. Devido à sua maior eficiência na condução de calor, estes atuam como camadas que criam áreas onde pode ocorrer um incremento no fluxo geotérmico em direção à parte superior de sucessões sedimentares. Este processo transforma o corpo evaporítico em um conduto de escoamento do calor, que é absorvido na região inferior e transferido para a parte superior da massa de rochas salinas. Este efeito apresenta importância na influência térmica em sistemas petrolíferos, pois pode funcionar como um agente de aceleração ou redução do efeito de maturação de rochas geradoras. O presente trabalho realizou um estudo da condução de calor em estruturas de depocentros formados sobre camadas de sais de halita, denominadas mini-bacias de sal, observando as possíveis diferenças causadas pelas geometrias associadas à sua geração. Para a composição do modelo geológico real foi utilizada uma seção geológica de uma mini-bacia desenvolvida sobre a camada de sal, na região de águas profundas da Bacia de Santos, SE do Brasil. A seção geológica foi utilizada para a construção de um modelo 2D considerando uma malha de elementos finitos. Os parâmetros geológicos foram empregados para a caracterização do modelo computacional (petrofísica, fluxo térmico, espessura, litologias), que foi processado no código “in house” CODE_BRIGHT, para a simulação do efeito térmico. Um período de cinco milhões de anos foi aplicado para se observar o efeito do fluxo de calor. A simulação mostrou que o efeito de ascensão das isotermas é influenciado pela configuração geométrica das paredes das mini-bacias, por sua configuração geral. Observouse que rochas geradoras na porção basal de mini-bacias mais largas podem entrar na zona de maturação térmica em profundidades mais rasas, devido ao efeito de ascensão das isotermas promovido pelo efeito chaminé do sal.

Neste trabalho estudamos um sistema de equações diferenciais parabólicas que modelam um processo de difusão-reação em duas dimensões da mistura molecular e reação química irreverssível de um só passo entre duas espécies químicas A e B para formar um produto P. Apresentamos resultados analíticos e computacionais relacionados à existência e unicidade da solução, assim como estimativas do erro local e global utilizando elementos finitos. Para os resultados analíticos usamos a teoria de semigrupos e o principio do m´aximo, e a simulação numérica é feita usando diferenças finitas centrais e o esquema simplificado de Ruge-Kutta. As estimativas do erro local para o problema semi-discretizado são estabelecidas usando normas de Sobolev, e para estimar o erro global usamos shadowing finito a posteriori. Os resultados computacionais obtidos mostram que o comportamento da solução está dentro do esperado e concorda com resultados da referências. Assim mesmo as estimativas do erro local e global são obtidas para pequenos intervalos de tempo e assumindo suficiente regularidade sobre a velocidade do fluído no qual realiza-se o processo. Destacamos que a estimativa do erro global usando shadowing finito é obtida sob hipóteses a posteriori sobre o operador do problema e o forte controle da velocidade numa vizinhança suficientemente pequena.

Submitted by Israel Vieira Neto (israel.vieiraneto@ufpe.br) on 2015-03-05T17:17:42Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO João Batista Fialho dos Santos.pdf: 3129086 bytes, checksum: a957043f51d5c3587aff31ac3d052db0 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-05T17:17:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO João Batista Fialho dos Santos.pdf: 3129086 bytes, checksum: a957043f51d5c3587aff31ac3d052db0 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-07-28 / O escoamento superficial das águas das chuvas tem ocasionado grandes transtornos no meio urbano. O sistema de drenagem convencional já não suportam o crescente avanço da urbanização, tornando-se inoperante ou mesmo operando com grandes dificuldades. A impermeabilização do meio urbano constitui uma das principais responsáveis por essas consequências, a cada dia se constrói mais e há substituição do terreno natural por pavimentação de ruas e construções das mais variadas. Dessa maneira procurou-se desenvolver técnicas que compensassem o funcionamento do sistema, mesmo apresentando carência do conhecimento do seu desempenho hidráulico. Este trabalho contempla o uso de uma dessas técnicas, a trincheira de infiltração em um lote isolado, como elemento experimental para observação e constatação da sua eficiência e viabilidade. A trincheira de infiltração foi implantada no pátio interno do Departamento de Energia Nuclear da Universidade Federal de Pernambuco (DEN/UFPE). Analisou-se a infiltração no terreno, a retenção da água no solo, a pluviometria, o escoamento na área da trincheira de infiltração e o lençol freático através de piezômetro já instalado no local. Para a otimização dos dados coletados houve a necessidade de realizar simulações numéricas realizando análises unidimensionais e bidimensionais do comportamento hidráulico da trincheira, sempre comparando com o solo natural. O monitoramento foi realizado próximo a estação chuvosa, o que facilitou bastante a observação de eventos de operação da trincheira em períodos em que ela estava como reservatório inicialmente seco e em eventos sucessivos de precipitação pluviométrica, permitindo a análise do comportamento hidráulico quando da trincheira parcialmente cheia. Os resultados evidenciaram que a caracterização hidrodinâmica do local de implantação permitiu verificar o comportamento hidráulico da trincheira e comparar com uma situação de ausência da trincheira de infiltração. A partir das simulações, observou-se que a trincheira de infiltração melhora o fluxo de recarga do lençol freático e diminui a aparência de cargas hidráulicas positivas na superfície. O monitoramento demonstrou que a trincheira apresentou vazões de saída significantes. A trincheira de infiltração mostrou-se eficiente e adequada como uma técnica compensatória para auxiliar no manejo das águas pluviais em solo urbano, diminuindo o tempo de alagamento do lote.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método numérico para simular escoamentos viscoelásticos com superfícies livres de um fluido governado pelo modelo de Oldroyd-B. As equações governantes para um fluido Oldroyd-B são consideradas. A derivada temporal é aproximada por um método de segunda ordem. Uma formulação para o cálculo do tensor de tensão extra nos contornos rígidos é apresentada. As equações governantes são resolvidas pelo método de diferenças finitas numa malha deslocada utilizando variáveis primitivas. O método numérico descrito neste trabalho foi implementado no ambiente de simulação Freeflow-2D. Resultados numéricos demonstrando que o método numérico empregado neste trabalho aplicado a vários escoamentos bidimensionais de um fluido Oldroyd-B são apresentados.

Orientador: José Luiz Gasche / Resumo: Na atualidade, um compressor precisa ter elevada eficiência para ser competitivo no mercado. Como o escoamento de refrigerante nas válvulas é uma das maiores fontes de perdas termodinâmicas, melhorias no seu projeto podem aumentar significativamente a eficiência do compressor. Simular computacionalmente válvulas de compressores utilizando modelos tridimensionais completos, além de computacionalmente caro, demanda muito tempo e, por essa razão, pesquisadores buscam metodologias simplificadas para realizar a tarefa de predizer a dinâmica das válvulas. Aqui avaliamos a aplicabilidade de um modelo híbrido para simular computacionalmente o comportamento dinâmico de um modelo frequentemente usado como válvula de sucção. Neste modelo, resolvemos o problema do escoamento tridimensional em regime transiente pela válvula aplicando o método de volumes finitos para escoamento compressível e isotérmico e a dinâmica da válvula usando um modelo massa-mola-amortecedor com um grau de liberdade. Comparamos os resultados do modelo híbrido com aqueles obtidos de um modelo tridimensional completo para a estrutura da válvula usando como parâmetros o tempo de processamento, deslocamento da válvula, força sobre a válvula e distribuições de pressão e de velocidade do escoamento. Validamos os modelos numéricos com resultados experimentais. A boa concordância entre os resultados indicam que a redução de tempo obtida pelo modelo híbrido é pequena (15% em média) e não justifica seu uso. / Mestre

O desgaste e a vida útil dos componentes mecânicos é uma questão de grande interesse econômico e tecnológico, devido suas diversas aplicações. Estudos tribológicos recentes apresentam novas soluções para esta questão, como a texturização superficial a laser, cujo o propósito é aumentar a eficiência do processo de lubrificação nestes componentes. Este trabalho analisa, por meio de um modelo teórico, os efeitos desta textura superficial no processo de lubrificação hidrodinâmico em mancais radiais. Este modelo é elaborado a partir da equação de Reynolds, cuja solução representa o campo de pressão no fluido lubrificante, determinando assim o escoamento deste em mancais radiais. A solução desta equação foi obtida através de um algoritmo desenvolvido no software Maple, utilizando o método de diferenças finitas. A partir deste campo de pressão, determina-se a capacidade de carga do mancal, definida como um parâmetro de qualidade da lubrificação, afinal, quanto maior for a capacidade de carga melhor será o processo lubrificação. Através de simulações computacionais, foram determinadas as dimensões, densidade superficial e forma das microcavidades que maximizam a capacidade de carga, aprimorando desta maneira o processo de lubrificação e estabelecendo um padrão ideal de textura superficial para o mancal. Convém ressaltar que. nestas simulações. a análise de cada uma das características das micro-cavidades foram realizadas variando-se os parâmetros (no algoritmo) relacionados a elas, como foi proposto pelo modelo teórico / The wear and the shelf life of mechanical components are a question of great economic and technological interest. had its diverse applications. Recent tribologics studies show new solutions for this question, as the laser surface texturing, whose the intention is to increase the efficiency of the lubrication process in these components. This work analyzes, means of a theoretical model, the effect of this surface textured in the hydrodynamic process of lubrication in journal bearings. This model is developed from the equation of Reynolds, whose solution represents the pressure distribution in the lubricant fluid, then determining the draining of this in journal bearings. The solution of this equation was gotten by means of an algorithm developed in the Maple software, using the finite difference methods. From this pressure distribution, the load capacity of the journal bearing is determined, defined as a quality parameter of the lubrication, after all, how much bigger will be the load capacity better will be the lubrication process Means of computational simulations had been determined, the measures, surface density and shape of the micro−holes that maximize the load capacity, improving in this way the lubrication process and set out an ideal standard of surface texture to the bearing. Is important stand out that, in these simulations, the analysis of each characteristic of the micro−holes was carried through varying parameters (in the algorithm) related to these, as was considered by the theoretical model

O tratamento de efluentes por digestão anaeróbia tem sido amplamente modelado via ADM1 (Anaerobic Digestion Model No. 1) desenvolvido pela IWA (International Water Association). Tal modelo é dinâmico de modo que concentrações das espécies químicas no interior do reator variam com o tempo, sendo matematicamente regidas por equações diferenciais ordinárias ou algébricas conforme a respectiva cinética química. Este trabalho teve como objetivo adaptar o modelo ADM1 para tratamento e posterior aproveitamento de efluentes agroindustriais, com interesse futuro ao tratamento anaeróbio da vinhaça de cana de açúcar. O presente trabalho considerou biorreatores contínuos de mistura perfeita (CSTR - Continuously Stirred Tank Reactor) e a solução numérica das equações governantes foi programada em linguagem Python. O modelo computacional implementado se mostrou aplicável e pode ser utilizado em demais pesquisas que se baseiam no modelo ADM1 de digestão anaeróbia para tratamento de efluentes agroindustriais, considerando possíveis adaptações devido à especificidade de cada tipo de efluente. / The wastewater treatment by anaerobic digestion has been extensively modelled by ADM1 (Anaerobic Digestion Model No. 1) developed by IWA (International Water Association). This model is dynamic so that chemical species concentrations within the reactor vary over time, being mathematically governed by either ordinary differential equations or algebraic equations according to their chemical kinetics. This research aimed at adapting the ADM1 model for treatment and subsequent use of agroindustrial effluents, with future interest in the anaerobic treatment of sugarcane vinasse. The present research considered Continuously Stirred Tank Reactor (CSTR) and the numerical solution of the governing equations was programmed in Python language. The computational model implemented was applicable and can be used in other studies that are based on the ADM1 model of anaerobic digestion for the treatment of agroindustrial effluents, considering possible adaptations due to the specificity of each type of efluente.

O presente trabalho trata do estudo do modelo computacional, EVSIM, que permite a simulação e caracterização da transferência de calor e massa entre o ar úmido externo e o refrigerante em evaporadores utilizados em sistemas frigoríficos e condicionadores de ar domésticos. O modelo é capaz de levar em conta a distribuição do refrigerante ao longo da serpentina mesmo em circuitos complexos. O desempenho do evaporador é calculado através de uma análise tubo a tubo. Os cálculos em cada tubo são baseados no cômputo da distribuição do ar, da vazão mássica do refrigerante e dos estados termodinâmicos determinados para cada tubo, assim como dos processos de transferência de calor e massa em cada tubo, respectivamente. A principal vantagem do modelo está na análise termodinâmica local, e na consideração dos mecanismos de transferência de calor e equações de estado para diferentes substâncias. Este trabalho acrescenta em relação ao código inicialmente desenvolvido, diferentes correlações de transferência de calor para escoamento bifásico. Os resultados de simulação obtidos são coerentes com resultados experimentais e de razoável confiabilidade. / This work concerns about a study of the computational model, EVSIM, which allows simulating and characterizing the heat and mass transfer between the humid air and the refrigerant in evaporators used in frigorific and domestic air-conditioning systems. The model is able to consider the refrigerant distribution through the coil even in complex geometrical designs. The evaporator thermal performance is calculated through a tube-by-tube analysis. The computation in each tube is based on the air distribution calculation, refrigerant mass flow rate and the thermodynamic states determination for each tube, as well as on the computation of the heat and mass transfer processes, respectively. The main advantage in this model is the ability in performing local thermodynamic analysis, and in the consideration of heat transfer mechanisms and state equations for different substances. This work brings, in relation to the original code, an update on heat transfer correlations for simulating a two-phase flow heat transfer process. The results obtained are coherent with experimental data and show a reasonable accuracy.

A reação de óxido de etileno com substratos orgânicos é um dos principais processos empregados na obtenção de tensoativos. Apesar da grande importância comercial dessas reações, ainda existe muito a se explorar sobre o assunto. As publicações encontradas em geral tratam somente do estudo da cinética dessa reação, e existem poucos trabalhos sobre a aplicação dessas leis cinéticas e de solubilidade em reatores comerciais, de forma a estudar o mecanismo da reação integrado aos diferentes equipamentos usados nas plantas químicas. O principal objetivo desse trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo matemático que integra os mecanismos cinéticos, de solubilidade e de transferência de calor para reatores comerciais de etoxilação mecanicamente agitados. Devido ao grau de complexidade e das análises laboratoriais necessárias, optou-se por utilizar modelo cinético disponível para reações de etoxilação. A reação de etoxilação, modelada como uma reação de 2ª ordem, depende da concentração de óxido de etileno e catalisador no meio reacional. A solubilidade do óxido de etileno no substrato reacional foi estudada considerando-se a mistura entre óxido e substrato uma mistura não-ideal, e os coeficientes de atividade desses reagentes na mistura foram obtidos conforme o método de Wilson. A transferência de massa na interface entre gás e líquido foi modelada a partir da teoria de dois filmes de Whitman, na qual é considerada a existência de uma faixa fixa na fase gasosa e na fase líquida através da interface. O reator estudado é um reator mecanicamente agitado, com agitador de turbinas axiais inclinadas 45º. O controle de temperatura do reator é continuamente ativado através da abertura das válvulas de resfriamento da serpentina. A vazão de água de resfriamento é calculada através da análise iterativa da perda de carga na serpentina, considerando-se a possibilidade de escoamento líquido e bifásico.Com as equações obtidas foi elaborado um simulador dinâmico no software Matlab, e os gráficos obtidos comparados com as variáveis medidas no reator industrial. / The chemical reaction between Ethylene Oxide and organic substrates is one of the most important processes for the tensoative production. Besides the commercial significance of these reactions, there is too much to study about this subject. The papers published in general deal only with the reaction kinetics, and there is only a few papers about applying these kinetic and solubility laws in commercial reactors, in such a way to study the reaction mechanism integrated with the process equipments used in chemical plants. The objective of this project is the development of mathematical models for mechanically stirred industrial reactors concerning the kinetic, solubility and heat transfer laws for ethoxylation reactions. Due to the complexity of the laboratorial analysis required to obtain the kinetic parameters, an available kinetic model for ethoxylation reactions was choosen. The ethoxylation reaction is modeled as a 2ª order reaction, and depends on the Ethylene Oxide and catalyst concentration in the bulk reaction. The ethylene oxide solubility in the bulk reaction was analyzed according to the nonideality of the mixture between ethylene oxide and reaction bulk, and the activity coefficients of these reagents were obtained using Wilson methodology. The mass transfer in the gas-liquid interface was modeled according to the two film theory of Whitman, in which a stagnant layer in both phases along the interface is supposed to exist. The mechanically stirred reactor analyzed has some 45º pitched axial turbines along the motion axe. The temperature control acts on the cooling water valves of the submersed coil installed inside the reactor. The cooling water flow is calculated using iterative analysis of the head losses in the coil as a function of the water mass flow, in which is considered the possibility of single and two phase evaporative flow. Using the obtained equations a dynamic simulator in the Matlab software was developed, and the results were compared with measured variables in an industrial reactor.