Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a 3D computational/mathematical model to solve the heat diffusion equation with phase change, considering addition of material and complex geometry. The finite volume method was used and the computational code was implemented in C++, using Borland compiler. Experimental tests were carried out for validation of the model in question. It was used a material whose thermal properties, varying with temperature, are well known: the stainless steel AISI 304. In addition, an inverse technique based on Golden Section was implemented to estimate the heat flux supplied to the sample. Experimental temperatures were measured using thermocouples type J - in a total of 07 (seven) - all connected to the metal sheet and the Agilent 34970A datalogger. The metal had a \"V\" Groove of 45°. In this location was conducted the deposition of material on only one welding pass and the dimensions (width and height) were measured after welding. The thermal model was validated from comparisons between measured and calculated temperatures. The results were consistent and validated the computational/mathematical model proposed. An innovation presented in this work consists in the calculation and visualization of the dimensions of the welding pool during welding. The complex geometry obtained proves that more studies are needed and new models must be designed to clarify and explain the formation of welding pool during welding of metal sheet. / Desenvolve-se, neste trabalho, um modelo matemático/computacional 3D (tridimensional) de difusão de calor com mudança de fase, acréscimo de material e geometria complexa. O método de volumes finitos foi implementado em linguagem C, utilizando o compilador Borland. Foram realizados testes experimentais para a validação do modelo em questão. Usou-se um material cujas propriedades térmicas, variando com a temperatura, são bem conhecidas: o aço inox AISI 304. Além do modelo direto já citado, foi implementada uma técnica inversa para o cálculo do fluxo de calor. Utilizou-se neste caso a amplamente conhecida Seção Áurea: técnica que exige uma simplificação, fluxo de calor constante ao longo do tempo de soldagem. As temperaturas na chapa foram medidas utilizando termopares do tipo J - em um total de 07 (sete) - todos ligados ao datalogger Agilent 34970A. As medições foram feitas do lado oposto à tocha de soldagem. A chapa metálica possuía um chanfro em V de 45º. Neste local foi realizada a deposição de material (reforço) em somente um passe de soldagem. As dimensões da geometria do reforço (largura e altura) foram medidas depois da realização da soldagem. Em relação aos resultados, além da comparação entre as temperaturas medidas e calculadas, foi também determinada a eficiência térmica da soldagem. Os resultados foram consistentes e validaram o modelo matemático/computacional proposto. Uma inovação apresentada neste trabalho consiste no cálculo e visualização gráfica tridimensional da poça de fusão ao longo do tempo. A complexa geometria obtida comprova que mais estudos se fazem necessários e que novos modelos devem ser concebidos para esclarecer e explicar a formação da poça de fusão durante a soldagem de chapas metálicas. / Doutor em Engenharia Mecânica

Neste trabalho, foi estudado o desempenho de um sistema constituído de torres de resfriamento e a sua integração em uma planta industrial de hidrogenação de butadieno. Caracterizou-se o desempenho das torres de resfriamento com base em um modelo fenomenológico, cujos parâmetros foram obtidos a partir da medição de variáveis operacionais reais. O processo de hidrogenação foi configurado em um simulador de processos, sendo o caso base estabelecido nas condições de projeto. Elaborou-se um módulo específico referente às torres de resfriamento, que foi integrado ao processo configurado no simulador. Em seguida, analisaram-se as interações das condições operacionais da torre de resfriamento no desempenho do processo industrial. / In the present work, the performance of a system composed of a cooling tower integrated in butadiene hydrogenation plant was studied. An experimental investigation was made to characterize the cooling towers based on a phenomenological model and in real process conditions. The hydrogenation process was configured on a process simulator and design specifications were considered as base case. A cooling tower module was developed and integrated to the process simulator. The interaction of the cooling tower system and the plant operation was investigated.

Disponibilidade dos recursos energéticos junto com o despertar da consciência ambiental criaram um interesse por uma condição climática sensível compatível com os recursos disponíveis. Dentro desse cenário o trabalho se volta à necessidade de se criarem e manterem ambientes industriais termicamente adequados aos processos de produção para minimizar as interferências que as condições ambientais exercem sobre os custos dos processos de produtivos e sobre o consumo energético. Os sistemas de resfriamento evaporativo, por sua vez, têm sido a ferramenta de maior potencial de aplicação na criação de ambientes termicamente adequados aos processos. Este modelo revisto de conforto térmico nos coloca um passo à frente para o aumento eficiência energética na construção de projeto de climatização vinculados a temperaturas interiores que atendam conjuntamente tanto aos ocupantes como às atividades que desenvolvem no interior da área climatizada. Apesar de esse sistema apresentar vantagens operacionais, quando comparado a outros sistemas convencionais, existem certas limitações no seu desempenho. Uma das maiores dificuldades das instalações destes sistemas reside na existência de incertezas em qualquer resultado. Possibilitar um controle dos parâmetros, minimizando os erros de aplicação, evitando criar no ambiente um desconforto de tal grau que inviabilize sua aplicação, é o fundamento deste trabalho. A busca passa a ser pela garantia da aceitabilidade dos resultados do sistema projetado e seus limites de aplicabilidade. O estudo das variáveis que interferem no processo do resfriamento por micro aspersão permitiu desenvolver um processo que alterara esses parâmetros durante o funcionamento do sistema, interferindo, conforme a necessidade no seu desempenho, garantindo a completa evaporação da água micro aspergida. / Energy resources along with an environmental conscience awakening has created an interest in sensitive climate together with a more understanding regarding the use of available resources. Inside this scenario our work focus on the needs of creating and maintaining industrial environments thermally suited to these production processes that seeking to minimize interference that environmental conditions have on the costs of production processes and energy consumption. Evaporative cooling systems, in turn, has been a interesting tool to be used in the creation of thermally suitable environments to these processes. This new revised thermal comfort model puts us a step forward to increase energy efficiency in elaborating air treatment projects linked to indoor temperatures that meet both the occupants and the activities that develop inside the controlled area. Although this system has operational advantages when compared to other conventional systems, there are some limitations in their performance. A major difficulty of the installation envolving these systems is about the existence of uncertainty in any results. To allow the control of these parameters in order to minimize the errors in this kind of application and to avoid creating environmental discomfort to such a degree that prevent the implementation, it is the foundation of this work. The search is to ensure the acceptability of the results of the system designed and their limits of applicability. The study of the variables that affect the cooling process by misting allowed us to develop a process that altered these parameters during operation of the system, interfering, as required in its performance, ensuring complete evaporation of water applied by misting in the area.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-23T16:23:25Z No. of bitstreams: 1 FERNANDO JOSÉ DE ALMEIDA GAMA - TESE PPGEP 2014..pdf: 3506912 bytes, checksum: c91b94e7df5d978098c9d79aa8eb7487 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T16:23:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FERNANDO JOSÉ DE ALMEIDA GAMA - TESE PPGEP 2014..pdf: 3506912 bytes, checksum: c91b94e7df5d978098c9d79aa8eb7487 (MD5) Previous issue date: 2014-12-19 / Este trabalho tem como objetivo estudar o fenômeno da difusão transiente de transferência de calor e massa em sólidos com forma geométrica de um cilindro infinito. O estudo apresenta soluções para a equação de difusão com condição de contorno do terceiro tipo. Foram desenvolvidas ferramentas numéricas para a descrição da difusão de calor e massa em produtos com as formas mencionadas. Para as soluções numéricas propostas, a equação de difusão unidimensional foi discretizada usando o método dos volumes finitos, com uma formulação totalmente implícita, usando coordenadas cilíndricas. Para a solução numérica em coordenadas cilíndricas, foram desenvolvidos dois softwares na plataforma Windows, um para a migração de massa e outro para a propagação de calor, utilizando a linguagem de programação Fortran, opção Quick Win Application. O software foi validado usando-se soluções conhecidas para cilindros tanto com parâmetros termofísicos constantes quanto variáveis. Pode-se concluir que as ferramentas desenvolvidas foram adequadas para o estudo de problemas difusivos em geral. As ferramentas desenvolvidas foram usadas para descrever o processo de secagem de bananas inteiras. Na descrição, foram considerados volume e difusividade de calor e massa variáveis. Pode-se concluir que o modelo proposto para descrever o processo apresentou excelentes indicadores estatísticos na descrição da cinética de transferência de calor e massa. Pode-se concluir, também, que a exclusão do aquecimento do vapor nos cálculos efetuados não altera de forma significativa os resultados e que o uso do calor latente da água livre ao invés desta propriedade no produto não produz efeitos significativos. Por outro lado, o desprezo do calor latente de vaporização e a consideração da densidade e do calor específico do produto como propriedades constantes devem ser evitados. / This work aims to study the phenomenon of the transient diffusion of heat and mass in solids with geometric form of an infinite cylinder. The study presents solutions for the diffusion equation with boundary condition of the third kind. Numerical tools for describing the diffusion of heat and mass in the ways mentioned were developed. For the numerical solutions proposed, the one-dimensional diffusion equation was discretized using the finite volume method with a fully implicit formulation, using cylindrical coordinates. For the numerical solution in cylindrical coordinates, two software have been developed on the Windows platform, one for mass migration and one for the heat transfer, using the Fortran programming language, Quick Win Application option. The software was validated using solutions known for cylinders with both constant and variable thermophysical parameters. It can be concluded that the developed tools were appropriate for the study of diffusion problems in general. The above tools were used to describe the process of drying whole banana. In the description, we considered the volume and diffusivities with variables values. It can be concluded that the proposed model to describe the process showed excellent statistical indicators to describe the kinetics of heat and mass transfer. One can also conclude that the exclusion of the vapor heating in the calculations performed does not significantly alter the results. In addition that using the latent heat of free water instead of this property in the product does not produce significant effects. On the other hand, discard the latent heat of vaporization and the consideration of density and specific heat of the product as constant properties should be avoided.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The modelling of heat and mass transfer between the air and soybean seeds in moving bed dryers is based on the application of mass and energy balances equations for both solid and fluid phases (two phases model). In the development of these equations, some classic hypotheses are assumed, such as flat air velocity profiles and constant physico-chemical parameter along the bed, among others. The main goal of this thesis was to discuss the validity of these assumptions in concurrent moving bed dryer modelling. For so much, several equations of bed porosity and air velocity distribution were considered and compared with experimental data. This study verified that non-flat fluid velocity profiles are significant in beds with reason dT /dp = 13, 3. The equation that best represented the experimental data was the Fahien e Stankovich (1979) equation. This equations was incorporated to the two phases model. Through comparisons between the experimental data and the simulated responses it was possible to verify the significant influence of the air velocity distribution in the drying process. The influences of some physico-chemical parameters of the model were also analyzed through sensitivity studies using experiment design and derivative methods using the code DASPK 3.0. The model presented large absolute sensitivity to the perturbations of the parameter specific heat of the dry air (Cpf ). This means then that small variations in the value of this parameter have strong influence in the results obtained by the model. / A modelagem da transferência de calor e massa entre o ar e sementes de soja em secadores de leito deslizante é baseada na aplicação das equações de balanço de massa e energia para as fases sólida e fluida (modelo a duas fases). No desenvolvimento destas equações, algumas hipóteses clássicas são assumidas, tais como perfil plano de velocidade do ar e parâmetros físico-químicos constantes ao longo do leito, dentre outras. O principal objetivo desta dissertação foi discutir a validade destas considerações no modelo do secador de leito deslizante com escoamentos concorrentes. Para tanto, diversas equações de distribuição de porosidade do leito e de velocidade do fluido foram consideradas e comparadas com dados experimentais. Este estudo verificou que perfis não planos de velocidade do ar são significativos em leitos com razão dT /dp = 13, 3. A equação que melhor representou os dados experimentais foi a equação de Fahien e Stankovich (1979), sendo a mesma incorporada ao modelo a duas fases. Através de comparações entre dados experimentais e respostas simuladas foi possível verificar a influência significativa da distribuição da velocidade do ar no modelo de secagem. As influências de alguns parâmetros físico-químicos do modelo também foram analisadas através de estudos de sensibilidade por planejamento de experimento e pelo método das derivadas usando o código DASPK 3.0. O modelo apresentou maior sensibilidade absoluta à perturbação do parâmetro calor específico do ar seco (Cpf ). Isto significa então que pequenas variações no valor deste parâmetro têm forte influência nos resultados obtidos pelo modelo. / Mestre em Engenharia Química