Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2015.

Orientador: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-22T14:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_WagnerdosSantos_D.pdf: 9058967 bytes, checksum: b1f4a06102152ab847bbf4caa472824e (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: O processo da dessublimação do hexafluoreto de urânio é uma etapa importante no ciclo do combustível nuclear, exigindo-se nessa fase o uso de trocadores de calor, construídos segundo projetos de concepção especial, levando em conta que o produto passa pelos estados sólido, líquido e gasoso, e considerando que são necessárias definições de projeto rígidas quanto ao aspecto de segurança. Este estudo abrange o desenvolvimento desses trocadores de calor em várias escalas de projeto desde a escala de bancada até o projeto conceitual para a escala industrial. Para a escala semi-industrial fez-se a simulação do processo de dessublimação do hexafluoreto de urânio para se analisar o comportamento da recolha do produto como um sólido no interior do trocador de calor, frente a diferentes condições operacionais do processo. Percorreram-se as etapas do projeto piloto e semi-industrial, visando-se atingir o projeto definitivo, ou seja o equipamento em sua forma e tamanho industriais. Durante as fases do projeto conceitual surgiram diferentes frentes de pesquisa e que envolviam atividades de seleção de materiais, e conceitos de projeto para levar em conta aspectos de segurança industrial. Considerando o exposto realizou-se um trabalho no sentido de conceber, projetar, construir, instalar e operar um equipamento capaz de recolher o 'UF IND. 6¿ de maneira a se integrar esse equipamento nas instalações piloto do ciclo do combustível nuclear, sendo essas plantas químicas denominadas usualmente de Conversão de Urânio / Abstract: The process of uranium hexafluoride dessublimation is one of the most important steps in the cycle of the nuclear fuel, requiring at this stage the use of heat exchangers which must be built under strict design conception, due to the fact that the final product passes through the solid, liquid and gaseous states, taking also in account that rigorous security aspects must be included in the project. The present work describes the development of such heat exchangers, which ranges from the bench scale equipment to the design concepts for the industrial scale equipment. For the semi-industrial equipment a simulation program was developed and the predicted results permit to analyse the recovery behavior ot the solid product within the heat exchanger under various operational conditions of the processo After the bench scale equipment a pilot plant and a semi-industrial plant were designed and set-up in order to obtain data for the final design project of an industrial scale plant. During all phases of the experimental study various aspects of research on material selection and industrial security were carried out. Finally the present work reports all the studies, theoretical and experimental, required to design, to built, to set-up and to operate with eficiency and security an equipmentable to recover 'UF IND. 6¿ in a way that it may be intergratedwith all the other experiment of a nuclear fuel cycle pilot plant, which are commonly denominated Uranium Conversion Chemical Plant / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2015.

Orientador: Alberto Luiz de Andrade / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-20T05:31:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ravagnani_MauroAntoniodaSilvaSa_D.pdf: 3963857 bytes, checksum: 25a55db7dbf16bd53e8bdc0243201327 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um programa computacional para síntese de redes de trocadores de calor incorporando o dimensionamento termohidráulico dos equipamentos. O programa desenvolvido utiliza os conceitos da chamada Tecnologia Pinch ("Pinch Technology"). Para a síntese da rede são definidos inicialmenteos seus objetivos com relação ao custo global mínimo, L / Abstract: In this work a computational program was developed interfacing heat exchanger network synthesis and detailed heat exchanger design. The program uses the concepts of Pinch Technology. To the network synthesis are defined initially the targets with respect to the global minimumcost, optimum ATmin, minimum exchange area, minimum number of units and the hot and cold utilities demand. The network is synthesized using the Pinch Design Method. After these, the network is evolved, identifying and breaking loops without changes in the utilities demand. After the evolution, the exchangers are designed considering pressure drop and fouling, using the Bell-Delaware method. The program was developed in modular form, and the utilization of each module is explained using literature problems. An industrial problem is used to show the applicability of the program developed. The results shown the consistency in the methodology reflecting the importance of the termohidraulic design in the heat exchanger network synthesis / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

No presente trabalho é feito o estudo de uma técnica algorítmica baseada em várias versões do modelo de transbordo da Pesquisa Operacional para a síntese de redes de trocadores de calor, convencionais e flexíveis para operação multiperiódica, que apresentam máxima integração de calor e o menor número possível de trocadores. Com as versões de programação linear é calculado o custo e o consumo mínino de utilidades. Estas também podem considerar os casos de trocas proibidas e utilidades múltiplas. Para as redes convencionais, as versões de programação linear mista com inteiros permitem deduzir redes com consumo mínimo de utilidades em que o número de trocadores de calor é minimizado, permitindo ainda, a divisão de correntes e a seleção das trocas preferidas. Para as redes flexíveis, é prevista a operação em uma sequência finita de períodos de tempo em que as vazões e temperaturas das correntes podem mudar. A versão multiperiódica de programação linear mista com inteiros, leva em conta mudanças nos pontos de estrangulamento e no consumo de utilidades em cada período. A técnica estudada permite a formulação e solução automática de todas estas versões. Para cada uma destas versões são sugeridas algumas modificações que visam facilitar a sua formulação em casos especiais e principalmente, no caso das versões de programação linear mista com inteiros, reduzir o esforço computacional para a sua formulação e solução. Para verificar a eficiência e validade das diferentes versões apresentadas e das modificações sugeridas, são apresentados vãrios exemplos numéricos mostrando alguns detalhes da sua formulação e solução. Finalmente, é feita uma comparação com os resultados com o método heurístico de Ponton e Donaldson.

Orientador: Carlos Alberto Gasparetto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T19:12:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vicente_CeciliaDantas_M.pdf: 28681772 bytes, checksum: 63d18b00be982a73cdcd3dc7fe54a2f7 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: A incrustação durante a pasteurização de ovos ocorre principalmente devido à deposição de algumas proteínas que se coagulam quando aquecidas. O estudo de métodos que reduzam a formação de depósitos no pasteurizador é importante porque a incrustação representa um custo adicional para as indústrias. A incrustação causa uma diminuição da transferência de calor e a formação de sedimentos na embalagem ou no vaso de armazenamento. A incrustação traz como conseqüência a necessidade de um superdimensionamento dos pasteurizadores, desligamento periódico do pasteurizador para realização de limpeza, redução do tempo disponível para a produção, e o acúmulo de microrganismos que se protegem nas pequenas rugosidades do depósito comprometendo a qualidade microbiológica do produto final. O processo de incrustação foi estudado durante a pasteurização da clara de ovo, clara de ovo aditivada, ovo integral e ovo formulado. A incrustação foi influenciada pelos parâmetros de operação (tempo e temperatura de pasteurização) e pelas propriedades de cada produto (% de sólidos e pH) e foi avaliada através da variação de pressão do pasteurizador, do Coeficiente Global de transferência de Calor e da Resistência Térmica causada pela incrustação na seção de aquecimento. Durante as pasteurizações da clara de ovo aditivada e clara de ovo não ocorreram incrustações na seção de aquecimento. No entanto, ocorreram incrustações nas pasteurizações de ovo integral e ovo fonnulado, e foi possível a determinação de modelos lineares do Coeficiente Global de transferência de Calor e da Resistência Térmica causada pela incrustração, na seção de aquecimento, que predizem como o trocador de calor se comporta. A taxa de incrustação durante a pasteurização do ovo formulado foi maior que a do ovo integral, porque o ovo formulado contém maior teor de clara que o ovo integral. Estabeleceu-se o tempo máximo de operação do pasteurizador em 83 minutos para ovo integral, e 50 minutos para o ovo formulado a fim de obter uma redução de no máximo 30% do Coeficiente Global de Transferência de Calor. Durante a pasteurização de todos os produtos foi observado o aumento da pressão. / Abstract: Fouling during egg pasteurization occurs mainly due to the deposition of some proteins that coagulate when heated. The study of methods that reduce the formation of deposits in pasteurizer it' s important because fouling represents an additional cost to industries. Fouling causes a decrease ofheat transfer and formation of sediments at package or at storage tank. Fouling brings as a consequence the need of excess of surface area of pasteurizer, periodically switching ofI the pasteurizer to cleaning it, decrease of available time to production, and accmnulation of microorganisms that protect themselves in roughness of the deposit, committing microbiological quality of final product. Fouling process has been studied during pasteurizations of egg white, added egg white, and whole egg and formulated egg. Fouling was influenced by operation parameters (pasteurization time and temperature), and each product proprieties (solids % and pH), and it was evaluated through pasterurizer's pressure variance, through Heat Transfer Global Coefficient and Thermal Resistance caused by fouling at heating section. During added egg white and egg white's pasteurization, fouling didn't occur at heating sectÍon. However, in whole egg and formulated egg pasteurization occurred fouling, and it was possible to determinate linear models to Heat Transfer Global Coefficient and Thermal Resistance caused by fouling, in heating section, that predict how the heat exchange behaves. Fouling rate during formulated egg pasteurization was bigger than during whole egg, because formulated egg has got greater amount of white egg than the other. The maximmn time to operation of pasteurizer was established as 83 minutes to whole egg, and 50 minutes to formulated egg, so that it would be obtained a reduction of Heat Transfer Global Coefficient no bigger than 30%. During pasteurization of alI products it was observed pressure increase. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Antonio Carlos Luz Lisboa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T08:48:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_MarceloLuizdeMoura_M.pdf: 3445755 bytes, checksum: 550d546ba79cdbe82d0ada2cfe49ed3c (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: A destilação de petróleo consome uma grande quantidade de energia. É interessante, conseqüentemente, aproveitar a energia dos produtos destilados para pre-aquecer o petróleo cru, o que é normalmente feito por uma rede de trocadores de calor tipo casco e tubo conhecida como trem de pré-aquecimento. O bom funcionamento desta rede tem influência direta na qualidade do processo de destilação. A formação de incrustação é um grande problema enfrentado, pois prejudica a troca térmica, aumenta a perda de carga e a emissão de poluentes do forno causando prejuízos as refinarias. O presente trabalho simulou trocadores de calor do tipo casco e tubo conforme os existentes em trem de pré-aquecimento em refinarias de petróleo, para o estudo da formação de incrustação nos mesmos. Os cálculos dos coeficientes de película e perdas de carga para o casco foram realizados pelo método de Bell. Para os tubos foram utilizados modelos da literatura. Os dados referentes às condições de processo, propriedades físicas e dimensões dos trocadores de calor foram obtidos a partir de dados de projeto da Refinaria de Paulínia (Replan) e da literatura. O simulador apresentou resultados coerentes para os coeficientes de película na superfície externa e interna do tubo, coeficiente global de transferência de calor, perda de carga, taxa de transferência de calor e demais fatores envolvidos no processo de troca térmica, considerando dados da Replan e da literatura. Verificou-se o aumento da resistência à troca térmica causada pela formação de incrustação considerando-se variações das temperaturas de saída e velocidade dos fluidos. Foi possível localizar os pontos de temperatura de parede máxima nos trocadores e a influência dos sentidos das correntes dos fluidos nestas temperaturas. A partir de dados de processo com o tempo o simulador permite avaliar quais trocadores estão trabalhando acima do limite de incrustação estabelecendo-se qual possui uma maior tendência à formação de incrustação. Verificou-se que a aplicação das condições de limite de incrustação pode reduzir os custos no projeto dos trocadores / Abstract: Petroleum distillation demands a large amount of energy. Therefore, it is interesting to use the energy available from distillation columns products to preheat the crude, which is usually accomplished by heat-exchangers, grouped in a set known as pre-heating battery. The distillation process itself depends widely from a good performance of the pre-heating battery. Deposits (fouling) on heat exchangers constitute a problem because they increase pressure drop and emission from the furnace caused by a larger fuel consumption. This work simulated shell and tube heat-exchangers as present in refinery pre-heating batteries to study the deposits build-up. Heat transfer coefficients and pressure drops for the shell side were calculated by the Bell's method. For the tubes, they were calculated according to methods mentioned in the literature. All processing data, physical properties and heat-exchanger dimensions were obtained from design data at Paulínia Refinery (Replan) and literature. The simulator provided coherent results for the internal and external tube heat transfer coefficients, global heat transfer coefficients, pressure drops, heat transfer rates and other parameter involved with the heat transfer process. It detected the increase of thermal resistance prompted by the deposits build-up, considering the outlet temperature variations and fluid velocities. It was possible to locate the maximum wall temperatures and the effect of the stream flows direction on them. When process data along time are available, the simulator is able to indicate which heat-exchanger is operating above the fouling limit and which exhibits a trend toward fouling. The study indicated the potential for savings when fouling limit is regarded during the heat -exchanger design / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

O presente trabalho tem por objetivo o estudo das características térmicas e a geração de entropia (irreversibilidades) de sistemas de tubos aletados utilizados em satélites artificiais. Para o estudo da radiação é utilizado o chamado "modelo de duas bandas", que permite uma análise fisicamente realista de sistemas radiantes, melhor que os modelos de corpos negros ou cinzas. A condução nas aletas é considerada acopladamente à radiação, como também a interação radiativa entre os tubos e a aleta. A formulação matemática do problema conduz a um sistema não linear de equações íntegro-diferenciais que é resolvido numericamente. São estudados vários tipos de sistemas (radiadores e coletores) variando-se parâmetros físicos e geométricos. A geração de entropia nas aletas, cuja origem é a transferência de calor nos componentes do equipamento, é quantificada e exemplos de um projeto otimizado, em relação às irreversibilidades, são dados.

[pt] Trocadores de calor consistindo de tubos aletados são largamente aplicados em sistemas de ar condicionado, aquecedores de ar, radiadores, etc. No presente trabalho é executada uma análise bidimensional da aleta, utilizando-se coeficientes de troca de calor locais, para a obtenção de sua distribuição de temperatura, eficiência e da distribuição da temperatura da corrente de ar ao longo da aleta, em trocadores de calor de tubos elípticos, de excentricidade 0,5 e 0,65 e com uma e duas fileiras, para diversos números de Reynolds. Através da analogia entre transferência de massa e de calor, os coeficientes locais de troca de massa obtidos por Ximenes[1] foram transformados em coeficientes de troca de calor. Novos resultados numéricos de eficiência de aleta para trocadores de calor de tubos elípticos foram comparados com aqueles para trocadores de calor de tubos circulares e a comparação revelou que o arranjo com tubos elípticos é superior ao arranjo com tubos circulares. Esta é uma conclusão positiva, porque o uso de tubos elípticos pode reduzir consideravelmente a queda de pressão, devido a sua melhor configuração aerodinâmica, o que, associado à comparação anterior, mostra que os trocadores de calor de tubos elípticos podem apresentar desempenho bastante superior aos convencionais trocadores de tubos cilíndricos. A comparação entre o uso de coeficientes médios de troca de calor para aletas isotérmicas e coeficientes locais para o cálculo da eficiência de aleta evidenciou que a utilização de coeficientes médios é uma hipótese muito boa, pois o erro relativo entre os dois resultados foi menor do que 7,52 por cento, nos casos analisados. Com a eficiência da aleta e com os números de nusselt médios de aletas isotérmicas é possível calcular a taxa real de transferência de calor dos trocadores de calor nas diversas configurações analisadas neste trabalho. / [en] Heat exchangers consisting of tubes and plate fins have many engineering applications such as air conditioning systems, air heaters, radiators, etc. In the present work it is performed a two-dimensional heat trasnfer analysis of the heat exchangers, using the local heat coefficients, in order to obtain the plate fin temperature distribuition, the fin efficiency and the air bulk temperature distribuition along the free stream. Two arrangements were tested, one-row and two-row elliptical tubes and plate fin heat exchangers of eccentricity 0.5 and 0.65, for several Reynolds numbers. The analogy between the processes of heat and mass trasnfer was invoked to transform the local mass trasnfer coefficients measured by Ximenes [1] in to local heat trasnfer coefficients. Novel numerical results of the fin efficiency elliptical tubes and plates fin hear exchangers were compared with existing data for circular tubes and plate fin heat exchangers [3] and this comparison has shown that the elliptical tubes configuration is better than circular tubes configuration, from the heat transfer point of wiew. This is a important conslusion because the use of elliptical tubes would reduce dramatically the drag force, owing to the aerodynamical configuration, which, in addition to the preceding comparison, shows that the elliptical heat exchangers have the potential to deliver a performance greater than the conventional circular tubes heat exchangers. The comparison netween the use of average heat transfer coefficients for isothermal fins and local coefficients to obtain the fin efficiency revealed that the use of average coefficients is a very good hypothesis, because the relative error between the two results was less than 7.52 por cento for all cases analyzed. With the fin efficiency and the average Nusselt numbers for isothermal fins it is possible to obtain the actual heat trasnfer rate of the heat exchangers analyzed in this work.

[pt] O problema de convecção forçada em dutos triangulares isósceles, com condições de escoamento em regime laminar e perfis de velocidade e temperatura não desenvolvidos, é analisado neste trabalho. Aplicando-se a Técnica de Sublimação de Naftaleno são determinados experimentalmente os valores médios dos coeficientes de transporte de massa em dutos triangulares com as laterais constituídas em naftaleno e a base inerte, para ângulos de 30 graus, 45 graus, 60 graus e 90 graus. São obtidos resultados para números de Reynolds compreendidos entre 100 e 1800, coma relação entre o comprimento do duto e o diâmetro hidráulico entre 2 e 40, cobrindo, desta forma, ampla faixa para o comprimento adimensional, notadamente na região próxima à entrada do canal. A partir da Analogia entre Transferência de Calor e Massa são estimados os coeficientes de transporte de calor para dutos triangulares isósceles com paredes isotérmicas e base adiabática. Esta configuração corresponde à simulação de um coletor solar para aquecimento de ar, cuja placa absorvedora é formada por cavidades triangulares. É realizada análise teórica deste coletor utilizando-se, também, superfícies, seletivas. São apresentadas curvas de performance para diversas condições de trabalho. / [en] Overall mass-transfer coefficients in the laminar entrance regions of 30, 45, 60 ans 90 degrees isósceles triangular ducts were determinated by application of the naphthalene sublimation technique. I in accordance with the analogy between heat and mass- transfer, the experimental conditions corresponded to a heat-transfer situation carachterized by simultaneously developing velocity and temperature fields in a isósceles triangular duct with isothermal lateral walls and adiabatic base. Results were obtained for Reynolds numbers in the range between 100 and 1800, and length-to-hydraulic diameter ratio from 2 to 40, in order to cover a long range of the dimensionless streamwise coordinate values, mainly in the neighborhood of the entrance region. Analytical expressions for the mass-transfer coefficients were determined using the least squares method. In the present analysis the obtained results were employed in a theoretical study of a solar energy collector consisting of a vee-corrugated selective plate. Performace curves for many working conditions were presented.