Tese de mestrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

This work focuses on a comparative analysis among three compressor inlet air cooling techniques using a thermodynamic approach to simulate the gas turbine cycle. Firstly, a Base Case is tested to determine the gas turbine performance without any cooling method. The effect of site altitude on the power output gas turbine even without any cooling technique is also simulated. After, the evaporative cooling, absorption and mechanical refrigeration chillers are studied under different ambient temperature and relative humidity. Results showed that the cooling potential of the evaporative system is dependent of its effectiveness, while the absorption chiller cooling load is determined by pre-established compressor inlet air temperature. For the mechanical chiller method, however, it is necessary also to consider the power demand required by the vapour refrigerant compression. It is important to observe that although the absorption chiller has been the more suitable cooling method, it is only a realizable solution if the exhaust gases heat are available and with adequate discharge temperature. Furthermore, the gas turbine analysis is carried out at two brazilian locations: Campos/RJ and Goiania/GO. The monthly power output gain offered by the evaporative cooling method is low due to its intrinsic limitation, the ambient wet-bulb temperature. Further, the mechanical chiller system provided a considerable improvement in power output monthly results. However, the best power output increment is reached when the absorption chiller system is employed. Besides, a preliminary economic analysis showed that evaporative cooling offered the lowest unit electric energy cost, but associated with the lesser incremental power generation potential. On the other hand, the chillers systems are more expensive, while provide larger values of incremental electric energy. Results also showed that the cooling techniques allow obtaining a considerable increase in power generation with a lower cost in comparison with the gas turbine plant without any cooling method.

O condicionamento de ar por resfriamento evaporativo é considerado um método energeticamente eficiente. Este não necessita da compressão do fluido de trabalho como normalmente ocorre nos métodos convencionais de refrigeração. Ainda, utiliza água como refrigerante de trabalho, o que o isenta de qualquer de dano ambiental. De construção simples, e aliado aos pontos anteriormente mencionados, apresenta-se então como uma opção econômica bem superior em comparação aos sistemas convencionais. Este trabalho apresenta os princípios de funcionamento, o embasamento teórico e a descrição de um aparato experimental desenvolvido. São apresentados como resultados, as temperaturas e umidades relativas medidas na saída do aparato e considerações. Resultados de uma predição teórica também são apresentados, onde então são feitas comparações entre estas e os experimentais. Como conclusão, tais resultados mostraram que o método é capaz de desenvolver uma refrigeração significativa. O efeito indesejável foi o aumento da umidade relativa do ar condicionado. Outro fator é que o método se mantém eficiente apenas para uma umidade relativa de até 55% do ar a ser condicionado.

An aeronautical engine is a complex machine composed of different components operating at different temperatures that in conjunction with the nacelle creates a crowded region with the coupled heat transfer mechanisms to be covered by the nacelle cooling/ventilation system. The final configuration of this system is defined through a demanding refinement of the preliminary design. For this reason the preliminary design is considered the key point and as a rule it can be based on the use of similar design scaling or by the use of numerical approaches. The numerical approaches available are the use of a one-dimensional heat transfer analysis or a complete heat transfer analysis via Computational Fluid Dynamics, or CFD. The short lead time usually available to get the nacelle ready leads the using of a more simplified analysis. Even though this simplified analysis is a lesser laborious activity than a more complete heat transfer analysis, it is still a relatively complicated task. Thus this work aims at presenting a simple methodology for supporting the preliminary design of nacelle cooling/ventilation which is basically relies on confirming if such system is really necessary taking into consideration the temperature distribution in the region between the engine/nacelle and the specified limits. In this case, the proposed methodology presented in this work is concerning to the natural convection analysis in a bidimensional engine/nacelle model by the use of CFD. In view of the fact that there is no specific literature reference available about such methodology or the natural convection analysis in an analogous model configuration or even experimental tests results, it was decided to utilize the studies about natural convection in concentric cylinders in the model validation process and to show the suitability of the proposed methodology, it was directly compared to the natural convection analysis in a simplified tridimensional engine/nacelle model by the use of CFD tool which would be performed by the manufacturer.

No desenvolvimento de uma nova aeronave o fabricante tentará obter os melhores resultados possíveis em termos de desempenho para que esta seja mais competitiva e tendo bons resultados operacionais. Com este objetivo um fabricante de aviões irá tentar obter os melhores rendimentos possíveis no ciclo de ar condicionado e tentará também criar condições para que isso aconteça. Porém para alguns processos do ciclo, uma melhora no rendimento trará uma melhora mais significativa no coeficiente de performance do ciclo, que para outros. Com o objetivo de medir essa influência dos rendimentos de cada processo no resultado final do ciclo, desenvolveu-se uma ferramenta para facilitar o cálculo dos ciclos simples, bootstrap e misto, tornando a variação dos dados de entrada e a obtenção dos resultados finais fácil e rápida. E através desta ferramenta foram analisados os efeitos das variações dos parâmetros de voo e cabine, variação da porção de trabalho destinado ao compressor secundário, variação dos rendimentos de cada processo no desempenho final do ciclo e, além disso, foi analisado como o desempenho do ciclo se comporta numa missão típica de uma aeronave comercial. Os resultados mostraram que os ciclos bootstrap são os que apresentam os melhores coeficientes de performance, que o rendimento do compressor do motor, apesar não fazer parte da máquina de ar condicionado é o que tem a maior influência no resultado do ciclo, e que com a altitude o COP apresenta grande variação, devido a queda da temperatura ambiente, apresentando resultado divergente do COPP, devido ao grande aumento do trabalho de pressurização.

Neste trabalho apresentaremos o estudo da distribuição de temperatura ao longo do corpo da estrutura aceleradora de um acelerador linear de elétrons durante a sua operação. Uma alta potência de microondas (8MW) é injetada no interior da estrutura, que está mantido em vácuo, para gerar o campo elétrico que acelera os elétrons. Desta potência injetada parte é absorvida pelas paredes internas da estrutura, provocando o aquecimento desta e alterando assim as suas dimensões. A sintonia entre os elétrons e o campo elétrico gerado pelo sinal de microondas está diretamente ligada às dimensões da estrutura, logo a temperatura no interior deste deve ter um rígido controle para que as suas dimensões se mantenham constantes e conseqüentemente sejam evitados os desvios no valor da freqüência de oscilação do modo acelerador. Devido a complexidade da geometria da estrutura aceleradora e da grande quantidade de fontes existentes, será utilizado o código numérico "FLUX 2D" para a execução do cálculo da distribuição de temperatura no corpo da estrutura aceleradora, sendo que, para obtermos mais confiança no código utilizado, foi feita a verificação de sua aplicabilidade ao nosso problema usando um protótipo da estrutura em escala reduzida. Este estudo da distribuição de temperatura visa obter os dados necessários para que seja possível fazer o cálculo do sistema de refrigeração e controle que deverá manter o interior da estrutura aceleradora numa temperatura constante, definida e uniforme ao longo de todo o seu eixo longitudinal.

Orientador: Luis Alberto Martinez Riascos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2013

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Orientador: Paulo César Razuk / Banca: Augusto Ronchi Junior / Banca: Waldemar Gastoni Venturini Filho / Resumo: A fermentação alcólica, processo central da indústria cervejeira é um processo que libera uma grande quantidade de calor. Sendo assim, os recipientes de fermentação devem estar equipados com instalações de refrigeração para o correto controle da temperatura. A presente pesquisa tem como objetivo a análise da troca de calor de fermentadores cilindrocônicos dotados de sistema de refrigeração direta através de serpentina meia-cana. Para a consecução desse objetivo foi necessária a elaboração de um roteiro de cálculo seguro baseado em equações e experiências encontradas em renomadas literaturas. A análise dos resultados encontrados foi realizada a partir dos valores obtidos através do programa de cálculo atualmente utilizado em uma das maiores empresas fornecedoras deste tipo de equipamento para o mercado cervejeiro, a Dedini Indústrias de Base. Constatou-se que os valores obtidos pelo roteiro apresentado na presente dissertação foram maiores do que os calculados no programa, concluindo-se que as diferenças e dificuldades de resfriamento encontradas em equipamentos semelhantes fornecidos a clientes distintos podem ter origem na quantidade de refrigerante. As estimativas para o coeficiente global de transferência de calor independem do roteiro de cálculo seguido, pois há uma variação máxima de 3,5 % nos resultados para o cálculo deste. O mesmo é verificado para as vazões mássicas de amônia requerida, onde esta variação é ainda menor (cerca de 3,0%) / Abstract: Alcoholic fermentation, brewery industry's central process that liberates a great amount of heat. Therefore, the fermentation containers should be equipped with cooling installations for correct temperature control. The present research aims to analyze the heat exchange in cylindroconical fermenters endowed with a halp-pipe coil direct cooling system. To achieve this objective, the elaboration of a sate calculation route based on equations and experiences found in renowned references was necessary. The validation of the results was accomplished from the values obtained through the calculation program now used in one the largest supplying companies of this kind of equipment for the brewer market, Dedini indústrias de Base. It was verified that the flow of ammonia for the cooling system obtained by the itinerary introduced in the present article was larger than the one calculated in the program, and it can be concluded that the differences and cooling difficulties found in similar equipments supplied to different customers can have origin in the amount of ammonia used in the cooling system. The values for the overal heat transfer coefficient do not depend on the calculation itinerary followed, because there is a maximum variation of 3.5% in the results for the calculation of the coeffiecient. The same is verified for the mass flows of requested ammonia, where this variation is still smaller (about 3.0%) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-06-25Bitstream added on 2014-06-13T19:32:32Z : No. of bitstreams: 1 silveira_rg_me_bauru.pdf: 2564361 bytes, checksum: 59979913e85e47f8a21eb524c379df8e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A fermentação alcólica, processo central da indústria cervejeira é um processo que libera uma grande quantidade de calor. Sendo assim, os recipientes de fermentação devem estar equipados com instalações de refrigeração para o correto controle da temperatura. A presente pesquisa tem como objetivo a análise da troca de calor de fermentadores cilindrocônicos dotados de sistema de refrigeração direta através de serpentina meia-cana. Para a consecução desse objetivo foi necessária a elaboração de um roteiro de cálculo seguro baseado em equações e experiências encontradas em renomadas literaturas. A análise dos resultados encontrados foi realizada a partir dos valores obtidos através do programa de cálculo atualmente utilizado em uma das maiores empresas fornecedoras deste tipo de equipamento para o mercado cervejeiro, a Dedini Indústrias de Base. Constatou-se que os valores obtidos pelo roteiro apresentado na presente dissertação foram maiores do que os calculados no programa, concluindo-se que as diferenças e dificuldades de resfriamento encontradas em equipamentos semelhantes fornecidos a clientes distintos podem ter origem na quantidade de refrigerante. As estimativas para o coeficiente global de transferência de calor independem do roteiro de cálculo seguido, pois há uma variação máxima de 3,5 % nos resultados para o cálculo deste. O mesmo é verificado para as vazões mássicas de amônia requerida, onde esta variação é ainda menor (cerca de 3,0%) / Alcoholic fermentation, brewery industry's central process that liberates a great amount of heat. Therefore, the fermentation containers should be equipped with cooling installations for correct temperature control. The present research aims to analyze the heat exchange in cylindroconical fermenters endowed with a halp-pipe coil direct cooling system. To achieve this objective, the elaboration of a sate calculation route based on equations and experiences found in renowned references was necessary. The validation of the results was accomplished from the values obtained through the calculation program now used in one the largest supplying companies of this kind of equipment for the brewer market, Dedini indústrias de Base. It was verified that the flow of ammonia for the cooling system obtained by the itinerary introduced in the present article was larger than the one calculated in the program, and it can be concluded that the differences and cooling difficulties found in similar equipments supplied to different customers can have origin in the amount of ammonia used in the cooling system. The values for the overal heat transfer coefficient do not depend on the calculation itinerary followed, because there is a maximum variation of 3.5% in the results for the calculation of the coeffiecient. The same is verified for the mass flows of requested ammonia, where this variation is still smaller (about 3.0%)