O estudo de fluxos bifásicos é essencial para a modelagem de diversos sistemas. Neste contexto, técnicas de processamento de imagens tem sido cada vez mais utilizadas, pois possibilitam a identificação e avaliação visual de importantes características por meio de soluções relativamente simples para projetar/implementar e que não causam distúrbios no fluxo. Este trabalho propõe uma metodologia para medir os parâmetros de interesse baseada em métodos Level Set e em transformações de morfologia matemática. Devido a sua acurácia e versatilidade, tais métodos vêm sendo amplamente considerados, sendo uma de suas principais vantagens a capacidade de tratar eficazmente mudanças topológicas e/ou descontinuidades que podem eventualmente ocorrer durante a propagação de interfaces. A partir da segmentação precisa da imagem (ou seja, da delimitação das regiões pertencentes a cada fase), os principais parâmetros relacionados à distribuição das fases para o regime de escoamento denominado golfada foram calculados. A comparação entre os parâmetros estimados e aqueles obtidos manualmente por um especialista comprova o bom desempenho da abordagem proposta. Tal segmentação também possibilita a extração de características que permitem classificar uma imagem como pertencente a um determinado regime de escoamento. Os testes de classificação, que consideram padrões de escoamento bifásico horizontal gás-líquido, também conduziram a resultados promissores, encorajando o desenvolvimento de trabalhos futuros. / The study of two-phase flows has important applications in an increasing numbers of areas, since reliable measurements of the flow characteristics are crucial for the accurate modeling of two-phase systems. In this context, image processing techniques have been extensively used, being relatively simple to design and implement while enabling the identification and visual evaluation of important features. This work proposes a methodology to measures flowing parameters based on the Level-Set method and on mathematical morphology transformations. Level Set methods have been largely considered, mainly due to its precision and capability to deal with topological changes and/or discontinuities that may arise during the interface evolution. Based on an accurate image segmentation (that is, on the region delimitation of each phase), we compute the parameters related to the phase distribution for the slug pattern. The comparison between the estimated parameters and that determined by a specialist comproves the good results of the proposed approach. This segmentation also enables the extraction of characteristics that can classify an image as belonging to a specific flow pattern. Classification tests considering four horizontal gas-liquid flow patterns also conduced to accurate measurements that encourage future works.

A distribuição do tamanho de bolhas é uma importante característica em sistemas bifásicos. A área interfacial de bolhas está fortemente relacionada às taxas de reações químicas e de transferência de massa em aplicações industriais como colunas de destilação e fermentação, sistemas biológicos, oxidação, hidrogenação, tratamento de água, e em processos naturais, como dinâmicas de aerossóis e transferência de gás oceano-atmosfera. Pontas de provas intrusivas são largamente usadas para determinar a distribuição do tamanho de bolhas em colunas de borbulhamento bifásicas. Embora o tamanho de bolhas não possa ser obtido diretamente pelo uso de uma simples ponta de prova porque estas medem somente comprimentos perfurados em bolhas, é possível relacionar distribuições de cordas à distribuição de tamanho de bolhas usando análises estatísticas. Este trabalho apresenta a implementação de um sistema capaz de medir distribuição de tamanho de bolhas em uma coluna de borbulhamento composta por água e ar através de uma ponta de prova condutiva. Imagens obtidas por uma câmera de vídeo CCD (Charge-Coupled Devices) monocromática são usadas para validar e calibrar o sistema. / The distribution of bubble sizes is a critical feature in two–phase systems. The interfacial area of bubbles is strongly related to chemical reaction and mass transfer rates in industrial applications such as distillation and fermentation columns, biological systems, oxidation, hydrogenation, waste water treatment and in natural processes such as aerosol dynamics and air-sea gas transfer. Intrusive probes are widely used to determine bubble size distribution in two-phase bubble columns. Although bubble size cannot be obtained by a simple probe because it measures only the pierced length of the bubbles, it is possible to relate chord distributions to bubble size distribution by the use of statistical analysis. This work proposes a system implementation which is able to determine bubble size distribution in a water-air bubble column using an intrusive conductance probe. Images obtained by a monochromatic video camera CCD (Charge-Coupled Devices) are used to validate and calibrate the system.

O presente trabalho é um estudo comparativo entre a modelagem de motores de indução bifásicos simétricos com o uso da transformação dq0, que é uma modelagem matemática clássica na análise dos motores de indução bifásicos e a modelagem através da teoria do vetor espiral, proposta na década de 80 para os motores de indução trifásicos. A modelagem clássica é apresentada detalhadamente, bem como a modelagem por vetores espirais. Foram realizadas simulações para comparar os resultados entre as diferentes abordagens. / This work is a comparative study between the classic modeling using dq0 transformation and the spiral vector theory applied to study symmetrical two-phase induction machine. The spiral vector theory was proposed by Dr. Sakae Yamamura to study electrical machines in the middle of 1980s. To compare both types of modeling, simulations were performed to solve differential equations.

Orientadores: Milton Mori, Henry França Meier, Udo Fritsching / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T10:03:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Decker_RodrigoKoerich_D.pdf: 3679156 bytes, checksum: 9c914896fd9d31753adf9c1bed158cac (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho propõe o estudo de estruturas coerentes de larga escala por meio da utilização da metodologia ¿Interparticle Arrival Time¿ (IAT) no escoamento de um jato bifásico. Experimentos foram desenvolvidos em relação a diferentes condições de velocidade inicial com diâmetro médio de partícula igual a 50 µm, e para duas diferentes misturas de partículas, 50 µm e 90 µm, em diferentes proporções, e comparados em relação a perfis de velocidade média, intensidade de turbulência e velocidade RMS. Medidas relacionadas à distribuição IAT foram também adquiridas para todas as condições analisadas. Os experimentos foram desenvolvidos para diferentes posições axiais e radiais a partir da saída do orifício de formação do jato. Perfis radiais de velocidade média, flutuação de velocidade (velocidade RMS), intensidade de turbulência e ¿interparticle arrival time¿ (em termos de distribuição Chi2 e número de desvios) foram obtidos pelo sistema de ¿Phase Doppler Anemometry¿, atravessando o sistema de medição ponto a ponto na direção desejada. Além disto, as variações das condições de velocidade inicial, distribuição de partículas e razão de carga permitem a obtenção de importantes informações em relação às estruturas locais do escoamento e seus efeitos sobre o transporte macroscópico e turbulento de partículas entre o centro do jato e as regiões de contorno do mesmo. Assim é possível identificar que no centro do jato não existe a formação de Estruturas Coerentes de Larga Escala (ECLE), ou seja, o escoamento é dominado por estruturas incoerentes. Existem também fortes indícios de formação de ECLE em uma região radial entre o centro e a região de contorno, sendo estas dependentes da condição inicial de velocidade da fase gás. Além disto, partículas com maior diâmetro suprimem a formação de ECLE. A distribuição IAT prova ser uma ferramenta importante na identificação dos locais onde ECLEs vêm a influenciar a distribuição de partículas, formando ¿clusters¿. A investigação extensiva de dados experimentais em relação ao comportamento da fase dispersa no escoamento gás sólido em um jato pode ser utilizada como uma importante fonte de dados para uma validação detalhada, por meio de simulação numérica, do escoamento disperso bifásico, incluindo as fortes interações entre as fases gás e particulada / Abstract: A study of large scale coherent structures by Interparticle Arrival Time (IAT) of a two phase jet flow is proposed. Measurements were carried out for different initial velocities with 50 µm particle mean diameter, and for two different particle mixtures with mean particle diameter of 50 µm and 90 µm, in different proportions, and analyzed in relation to different variables. Measurements related to IAT were also acquired for all analysis conditions. The experiments were developed for different axial and radial distances from the nozzle outlet. Radial profiles of mean velocity, RMS velocity, turbulence intensity and the IAT (in terms of Chi2 and number of deviation) were measured by a Phase Doppler Anemometry system, traversing the measuring device stepwise in the desired direction. Furthermore, the variation of the initial velocity conditions, particle diameter distributions, and particle loadings yield important information about the local flow structures and its effect on the macroscopic as well as the turbulent particle transport between the jet centre and the outer shear layer. Thus, it is possible to identify that in the centre line of the jet there is no formation of large scale coherent structures (ECLE), i. e., the flow is dominated by incoherent structures. There is also strong evidence of ECLE formation in a radial position between the centre and the outer shear layer of the jet, which are dependent on the gas initial velocity. Furthermore, particles with large diameter suppress ECLE formation. The IAT distribution proofs to be an important tool to identify regions where large scale coherent structures influence the particle distribution and tend to form particle clusters. The derived extensive experimental data set for the particle behaviour at the two-phase jet may serve as a basis for the detailed validation of numerical simulations of dispersed two phase flow behaviour including strong phase interactions between gaseous and particulate phases / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Submitted by João Arthur Martins (joao.arthur@ufpe.br) on 2015-03-09T14:51:14Z No. of bitstreams: 2 Disertação 30_01_2014_versão_Digital.pdf: 4215473 bytes, checksum: a4396625c8189491592e26f12adb3bb3 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-09T14:51:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Disertação 30_01_2014_versão_Digital.pdf: 4215473 bytes, checksum: a4396625c8189491592e26f12adb3bb3 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012 / No presente trabalho apresentamos uma metodologia numérica para a discretização das equações que descrevem o escoamento bifásico de óleo-água em reservatórios de petróleo heterogêneos e anisotrópicos. Estas equações são resolvidas através da metodologia IMPES (Implicit Pressure Explicit Saturation) que é, em particular, um método segregado para tratar escoamento bifásico (água-óleo) descrito por um modelo matemático composto por uma equação elíptica para pressão e uma equação hiperbólica para saturação. A fim de resolver a equação de saturação explicitamente, utilizamos um método clássico do tipo Upwind (ponderação amontante) de primeira ordem. Para discretizar a equação de pressão, implementamos o Método de Volumes Finitos Centrados na Célula, Cell-Centered, proposto por Zhiming G. and Wu J., e projetado para lidar com meios altamente heterogêneos e anisotrópicos em malhas poligonais em geral. O método que apresentamos no presente trabalho é um tipo de método Multipoint Flux Approximation Method (MPFA) porque uti-liza múltiplos pontos para aproximar o fluxo na interface entre as células. Neste método, as pressões nos vértices (nós) são tratadas como uma combinação linear das pressões centradas nas células vizinhas, reduzindo, completamente, a formulação a um esquema cell-centered. A derivação dos pesos explícitos permite que o método se torne mais robusto. Além disso, os pesos explícitos não dependem da descontinuidade nem da topologia da malha. O método tem as seguintes características: satisfaz o critério de linearidade (linear por partes); apresenta a taxa de convergência de segunda ordem para a formulação implícita de pressão e de primeira ordem para o fluxo; e admite um tensor de permeabilidade arbitrário. Os resultados obtidos são promissores, indicando a potencialidade da formulação adotada para a simulação de escoamentos bifásicos em reservatórios de petróleo heterogêneos e anisotrópicos.

Submitted by Raquel Vergara Gondran (raquelvergara38@yahoo.com.br) on 2016-04-22T03:53:34Z No. of bitstreams: 1 silvana menoncin - purificao de lipases produzidas por fungo utilizando sistema.pdf: 1423756 bytes, checksum: ab26bd30dc4f0e48f90bdb7c74c6916b (MD5) / Rejected by Gilmar Barros (gilmargomesdebarros@gmail.com), reason: Faltou colocar o nome do co-orientador. on 2016-04-22T14:51:38Z (GMT) / Submitted by Raquel Vergara Gondran (raquelvergara38@yahoo.com.br) on 2016-04-25T19:34:12Z No. of bitstreams: 1 silvana menoncin - purificao de lipases produzidas por fungo utilizando sistema.pdf: 1423756 bytes, checksum: ab26bd30dc4f0e48f90bdb7c74c6916b (MD5) / Rejected by dayse paz (daysepaz@hotmail.com), reason: Tens que incluir co-orientador ele segue sendo o segundo. Atenciosamente Equipe RI-FURG on 2016-04-26T14:45:06Z (GMT) / Submitted by Raquel Vergara Gondran (raquelvergara38@yahoo.com.br) on 2016-04-26T15:32:29Z No. of bitstreams: 1 silvana menoncin - purificao de lipases produzidas por fungo utilizando sistema.pdf: 1423756 bytes, checksum: ab26bd30dc4f0e48f90bdb7c74c6916b (MD5) / Approved for entry into archive by dayse paz (daysepaz@hotmail.com) on 2016-04-26T15:37:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silvana menoncin - purificao de lipases produzidas por fungo utilizando sistema.pdf: 1423756 bytes, checksum: ab26bd30dc4f0e48f90bdb7c74c6916b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-26T15:37:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silvana menoncin - purificao de lipases produzidas por fungo utilizando sistema.pdf: 1423756 bytes, checksum: ab26bd30dc4f0e48f90bdb7c74c6916b (MD5) Previous issue date: 2011 / A purificação de proteínas consiste em um dos desafios da área de Bioprocessos. O grau de pureza requerido para enzimas está diretamente relacionado com a aplicação na qual estas serão empregadas. Os sistemas aquosos bifásicos (SAB) e o processo de separação por membranas (UF) vêm sendo amplamente estudados na purificação de diversas proteínas, por apresentarem algumas vantagens sobre os processos cromatográficos, como facilidade de escalonamento e baixo custo. No entanto, a purificação de lipases por SAB ainda é pouco reportada. Neste sentido, o foco deste trabalho foi avaliar a utilização da melhor combinação do SAB formado por polietilenoglicol (PEG) e tampão fosfato de potássio e a combinação com o processo de separação por membrana, na purificação de lipase de Penicillium crustosum produzida por fermentação em estado sólido. O SAB se apresentou como uma técnica potencial para a separação e purificação da lipase obtendo-se fator de purificação 5,8 no sistema composto de 20% PEG 6000, 7,0% fosfato de potássio pH 8. A técnica do planejamento experimental foi utilizada como uma estratégia para a maximização da purificação, no qual foram avaliadas as concentrações de polietilenoglicol (PEG), fosfato de potássio e NaCl em sistemas compostos por PEG 6000 fosfato de potássio pH 8. O sistema 20% PEG 6000, 5,8% fosfato de potássio pH 8 com acréscimo de 4,8% de NaCl apresentou recuperação da atividade de hidrólise de 53,8% e o maior fator de purificação 10,5. O sistema composto de 20% PEG 6000, 5,8% de fosfato de potássio sem o acréscimo de NaCl foi o que apresentou maior atividade de transesterificação e fator de purificação, 8,5 U/mg e 28,3 vezes, respectivamente. Membranas comerciais com massa molecular de corte de 30 e 60 kDa foram testadas. Com acréscimo de 0,09 mol/L de NaCl o fator de purificação aumentou de 0,8 para 1,4 vezes. Quando combinou-se o sistema aquoso bifásico e separação por membrana, o fator de purificação em termos de atividade de hidrólise diminuiu, mas com relação à de atividade de transesterificação aumentou, alcançando valores em torno de 39 vezes para os sistemas compostos de 11,6% PEG 6000, 10% fosfato de potássio e 1,2% NaCl e 38,3 para o sistema formado por 16% PEG 6000, 8% fosfato de potássio e 4,8% NaCl. / The purification of proteins is one of the challenges in the area of Bioprocesses. The purity degree required for enzymes is directly related to the application in which they are employed. Aqueous two-phase systems (ATPS) and membrane separation process have been investigated in the purification of several proteins, which present some advantages over the chromatographic processes, such as easy scale-up and low cost. However, the purification of lipases by ATPS has been little reported. In this sense, the focus of this study was to evaluate the use of the best combination of the ATPS consisting of polyethylene glycol (PEG) and potassium phosphate buffer and the combination with membrane separation process for the lipases purification from Penicillium crustosum produced by solid state fermentation. The ATPS is a potential technique for the separation and purification of such lipases, resulting in a purification factor 5.8 using the system composed of 20% PEG 6000, 7.0% potassium phosphate, pH 8. The technique of experimental design was used as a strategy for maximizing the purification, in which we assessed the concentrations of polyethylene glycol (PEG), potassium phosphate and sodium chloride in systems composed of PEG 6000 at pH 8. The system 20% PEG 6000, 5.8% potassium phosphate at pH 8, and 4.8% NaCl showed a recovery of the activity (hydrolysis) of 53.8% and yielded the highest purification factor 10.5, based on hydrolytic activity. The system made up of 20% PEG 6000, 5.8% potassium phosphate without the addition of NaCl showed highest activity of transesterification and purification factor, 8.5 U/mg and 28,3, respectively. Commercial membranes with molecular weight cutoff of 30 and 60 kDa were tested. That addition of 0.09 mol/L NaCl to the enzymatic extract in the feed increased the purification factor from 0.8 to 1.4. When the processes of ATPS and UF were combined, the purification factor in terms of hydrolytic activity decreased, but increased in terms of transesterification activity, reaching values around 39 for PF in the systems composed of 11.6% PEG 6000 10% potassium phosphate and 38,3 in the systems composed of 1.2% NaCl and 16% PEG 6000, 8% potassium phosphate and 4.8% NaCl.

Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, Ricardo Dias M. de Carvalho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-16T20:19:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GrangeiroFilho_FernandoAntonio_M.pdf: 4784973 bytes, checksum: 5e420546996f33fd8f25a4488a55967a (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O transporte de misturas complexas, como o escoamento gás-líquido, depende de vários parâmetros, incluindo o padrão de escoamento. O escoamento bifásico é bastante comum na indústria petrolífera. Em operações off-shore, líquido e gás escoam por longos trechos verticais, horizontais e inclinados através de linhas de escoamento e risers antes de serem separados na superfície. No presente trabalho, um aparato experimental, com uma tubulação de 54 mm de diâmetro, foi montado para simular o escoamento horizontal intermitente, água-ar. As características do escoamento foram investigadas usando duas estações de sensores ultrassônicos, separados por uma distância conhecida ao longo da tubulação, e filmagens realizadas com uma câmera ultrarrápida (1000 quadros por segundo). Cada estação ultrassônica consistia de um transdutor pulso-eco (posicionado a 0o) e três sensores receptores posicionados em diferentes ângulos ao longo da circunferência da tubulação (45o, 135o, 180o). Os parâmetros obtidos foram: velocidade da bolha alongada, comprimentos da bolha alongada, do pistão de líquido e da célula unitária, e frequência de passagem da célula unitária. Um algoritmo foi elaborado a fim de identificar qual estrutura (bolha alongada ou pistão de líquido) escoava na frente do sensor. Através desse programa foi possível calcular a espessura do filme de líquido assim como as vazões volumétricas das fases. A técnica de ultrassom se mostrou eficiente e apresentou um custo relativamente baixo para investigar as características do escoamento pistonado. A presença de muitas bolhas na cauda da bolha alongada pode causar erros nas medições que pôde ser observado através da filmagem, porém, dados provenientes de outros sensores em conjunto com os dados do sensor posicionado na parte inferior da tubulação podem auxiliar a detectar a transição da cauda da bolha para o começo do pistão de líquido / Abstract: Transport processes in complex mixtures such as gas-liquid flows depend on various parameters, including the flow pattern. Two-phase flow is very common in petroleum industry. During off-shore production, liquid and gas phases travel long distances through flow-lines and risers before being separated. In the present work, experimental data are presented on the axial flow topology of horizontal, air-water slug flows in a 54-mm inner diameter acrylic pipe. The flow structure was investigated using two stations of an ultrasonic apparatus positioned at a known distance from each other along the flow direction and high-speed motion pictures (1000 fps) of the flow. Each ultrasonic station consisted of one emitter transducer (positioned at 0o) and three receivers at different angles (45º, 135º and 180º) along the pipe circumference. The parameters obtained were: elongated bubble velocity; elongated bubble, liquid slug and unit cell lengths, and unit cell frequency and flow rates of liquid and gas phases. An algorithm was made to identify which structure (elongated bubble or liquid slug) was passing in front of the transducer. This program made it possible to calculate the volumetric flow rates. Results shown by both techniques agreed against each other, however, more tests at other flow rates should be held to which for correlations could be made / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Luis Augusto Barbosa Cortez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-05T16:08:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OlivaresGomez_Edgardo_D.pdf: 8788743 bytes, checksum: a9f46559feb8bf5bffe02d7d952fdf6e (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Considerada uma forma inovadora de pirólise de materiais orgânicos, a pirólise rápida caracteriza-se por apresentar temperaturas moderadas, elevadas taxas de transferência de calor e massa e pequenos tempos de residência. Essas características fazem da tecnologia em leito fluidizado a mais apropriada para o melhor desenvolvimento dos processos físico-químicos que têm lugar durante a pirólise rápida. Por meio desse processo de termoconversão em reator de leito fluidizado, borbulhante ou circulante, pode-se obter um rendimento elevado de bio-óleo, considerado seu principal produto. Em plantas pilotos, são observados rendimentos da ordem de 60% a 65% (em massa, base seca) para o bio-óleo, além de gás e carvão vegetal residuais que são aproveitados como insumo energético para o próprio processo. Com o objetivo de melhorar o conhecimento e gerar subsídios para a interpretação teórica do processo de pirólise rápida realizada em reator de leito fluidizado borbulhante, com biomassa vegetal polidispersa, dedicamos este estudo à caracterização das partículas de finos de carvão vegetal primário oriundas do processo, na sua relação direta com as condições operacionais e fluidodinâmicas do reator. A caracterização dessas partículas também atendeu à necessidade de dispor de dados para a modelagem matemática posterior a sua combustão, e para o estudo e desenvolvimento de sistemas mais eficientes de separação destes finos do fluxo de gases e vapores da pirólise, visando-se aumentar a qualidade do bio-óleo. A pesquisa básica na área foi descrita, principalmente baseada nos princípios teóricos sobre a pirólise de materiais lignocelulósicos e variáveis de processo relacionadas, alguns aspectos sobre a modelagem matemática do processo de pirólise, e o seu desenvolvimento tecnológico. Foi realizado, primeiramente, um estudo experimental e teórico em instalações de bancada e condições ambientais, baseado em sistemas do tipo fluidizado, que avaliou as propriedades e características fluidodinâmicas dos sólidos participantes, a biomassa e o inerte. Analisa-se o efeito da granulometria e propriedades físicas dos materiais sobre a velocidade de mínima fluidização e velocidade terminal das partículas. A planta, onde foram realizados os experimentos de pirólise rápida, foi projetada para operar com capacidade máxima de alimentação de 100 kg/h de biomassa (base úmida), de fina granulometria (diâmetro mais provável máximo entre 1 a 2 mm) e baixa densidade aparente a granel (abaixo de 60-70 kg/m3 à umidade de equilíbrio de aproximadamente 10% base úmida). Nos experimentos uma vazão de alimentação de 70 kg/h (base úmida) constante foi utilizada, valor considerado a partir dos experimentos exploratórios realizados. A velocidade superficial do gás de fluidização (parâmetro operacional) variou entre 0,090 m/s e 0,156 m/s com relação à temperatura média de operação do leito. Na mesma faixa de temperatura média do leito a velocidade superficial de mínima fluidização variava entre 0,008 m/s e 0,010 m/s para o inerte utilizado nos ensaios. Para a coleta dos dados experimentais uma modelagem experimental baseada num planejamento fatorial completo e num planejamento central composto ortogonal-PCCO, foi utilizada. O nível de confiança estatística adotado para a análise dos resultados foi de 95% e, para alguns dos modelos matemáticos empíricos obtidos, um coeficiente de determinação de até 70% foi considerado satisfatório. Dois parâmetros foram essencialmente considerados no planejamento experimental, a altura do leito estático de inerte e a relação vazão mássica de ar atual à vazão mássica de ar estequiométrica, a qual, para as diferentes temperaturas médias do leito, estabelece a velocidade superficial do gás (ar entrando pelo distribuidor). Vários outros parâmetros foram desenvolvidos para avaliar as características dos finos de carvão primário. Os modelos matemáticos empíricos gerados foram discutidos à luz do fenômeno da pirólise em desenvolvimento. Analisa-se a influência das condições de operação do leito fluidizado borbulhante e parâmetros que caracterizam o processo de pirólise, nas propriedades que representam os finos de carvão primário obtidos, por exemplo, seu teor de voláteis e cinzas, teor de carbono e oxigênio elementar, a vazão de finos elutriados do reator, entre outras respostas. Uma análise da distribuição de tamanhos das partículas de finos de carvão é também realizada. O comportamento dinâmico do leito fluidizado borbulhante foi avaliado a partir do estudo dos perfis de pressão, temperatura e concentração de sólidos e porosidade ao longo da altura do reator. Uma análise econômica preliminar do processo de pirólise rápida foi realizada, visando-se obter dados econômicos e financeiros relacionados com a produção de bio-óleo, por ser este produto seu principal resultado. Uma simulação econômica posterior permitiu obter as primeiras conclusões acerca da influência de parâmetros de operação nos principais índices econômicos e financeiros da planta na sua escala natural / Abstract: Fast pyrolysis is an inovative process to convert organic materials under moderate temperature, high mass and heat transfer, and short residence time. Such characteristics make the fluid bed the most appropriate technology to process and better develop all physico-chemical biomass changes. Through the fluid bed (bubbling or circulating) thermoconvertion process it is possible to obtain high yields of bio-oil as the main product. In pilot plants bio-oil typical yields are in the range of 60% to 65% wt (dry basis) and residual gas and char are used as an additional energy source in the process. To improve the knowledge and provide subsidies for the theoretic elucidation of the fine biomass bubbling fluid bed fast pyrolysis, this study characterizes the primary fine char produced in the process and its relation to the reactor operational and fluidinamics conditions. The characterization of the fine char particles is also useful for making data avaiable for modelling, studing and developing higher efficient systems to separate these particles from the pyrolysis gases and vapours aiming to improve the bio-oil quality. The research is based mainly on theoretical principles about lignocellulosic material pyrolysis and its process variables, some aspects of the pyrolysis process modelling and its technological development. Firstly, it was carried out an experimental and theoretical study in a bench-scaled facility and under normal conditions based on the fluid systems. The solids fluid-dynamics properties and characteristics such as biomass and inert filling were evaluated. It were also analyzed the particle size and the materials physical properties effect on the minimal fluid velocity and on the particles final velocity. the plant where the fast pyrolysis experiments were carried out was designed to operate with a maximum feed capacity of 100 kg/h (wet basis), fine particle size (approximately 1 to 2 mm diameter) and low bulk density (lower than 60-70 kg/m3 at a approximate 10% moisture content). It was employed a constant 70 kg/h feed rate (wet basis) which was considered an optimum rate based on the experiments carried out. The fluidization gas superficial velocity varied from 0.090 m/s to 0.156 m/s in relation to the bed operation average temperature. At the same bed average temperature, the minimal superficial fluidization velocity varied from 0.008 m/s to 0.010 m/s for the inert material used in the assay. For the experimental data collection it was used an experimental modelling based on a complete factorial planning and on an ortogonal compound central planning (OCCP). It was achieved a 95% statistical data reliability and, for some empirical mathematics models, a 70% determination coeficient was considered satisfactory. It was considered two parameters for the experience planning: the inert material fixed bed height and the relation between the current air mass flow rate and the stequiometric air mass flow rate. This relation defines the gas superficial velocity for the bed different average temperatures. Other parameters were also considered to evaluate the char fines characteristics. The empirical mathematical models were discussed in the light of the pyrolysis phenomena being developed. It was analysed the influence of the bubbling fluid bed operation conditions and the pyrolyisis process parameters in the char fines properties such as volatile and ash content, carbon and oxygen elemental and the char flow rate, etc. A size distribution analysis for char fines was also carreied out. The dynamic behavior of the bubbling fluid bed was evaluated based upon the pressure, temperature, solid concentration and the bed porosity through the reactor height. A preliminary economic assessment of the fast pyrolysis process was carried out aiming to collect financial data related to the bio-oil production. A later economic simulation allowed to obtain the first conclusions about the operational parameters influence in the main financial rates related to the plant in large scale / Doutorado / Construções Rurais e Ambiencia / Doutor em Engenharia Agrícola

Orientador: Leonardo Goldstein Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T10:08:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Domingues_RogerioBolchi_M.pdf: 2485496 bytes, checksum: 9c0c7fc9fca353e68329fa5025091bfb (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os injetares gás-sólido tipo Venturi são equipamentos utilizados na indústria para transportar materiais particulados. Eles constituem um equipamento de baixo custo e de construção simples, que não possui componentes móveis. No entanto promovem um alto consumi energético. A literatura existente apresenta informações sobre o comportamento deste equipamento na injeção de alguns materiais, tais como, areia, cimento, esferas de vidro, polietileno e trigo. Neste trabalho será testado um catalisador de FCC. A introdução de coeficientes de perda de pressão em um modelo mecanicista proposto por Bohnet e Wagenknecht (1978) tomou as equações obtidas similares às equações clássicas de perda de pressão em dutos. Os testes forneceram dados sobre a distribuição de pressão no injetor, incluindo na câmara de abastecimento, em função da descarga de gás. Foi verificado o efeito da carga de sólidos na distribuição de pressão ao longo do injetor. E por fim foi verificado o comportamento da distribuição de pressão ao longo do injetor e a variação dos coeficientes de perda de pressão em função da variação dos parâmetros geométricos S e dG2' Após coletados os dados foi apresentado uma proposta de um procedimento para o dimensionamento de injetores gás-sólidos tipo Venturi / Abstract: Gas-solid Venturi injectors are used in industry as feeding devices of granulated or pulverized solids into pipelines under pressure for pneumatic conveying. Their advantages are no moving parts, low cost and a simple geometry. On the other hand they have a large energy consumption. Not much work has been reported in the literature on Venturi injectors. Information is available for sand, cement, glass, polyethylene and wheat. Energy conversion efficiencies were introduced in Bohnet and Wagenknecht (1978) equations to evaluate the pressure drop distribution. In this work FCC particulate was injected and measurements were performed to obtain an altemative parameter - the pressure drop coefficients - which allows calculating the total pressure variation in the injector, including the hopper. The solids loading influence on the pressure variation was studied, as well as the influence of the inlet air nozzle diameter, and of the distance between this nozzle and the Venturi entrance section. A procedure to estimate a gassolids injector was proposed. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Fernando de Almeida França, Eugenio Spano Rosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T14:23:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_SilvioGoncalves_D.pdf: 15997208 bytes, checksum: de091564ff970a5c9a5d0fa2bda4be5c (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho visa o estudo experimental e a simulação numérica de escoamentos bifásicos. O Modelo de Dois Fluidos é usado para simular o escoamento com simetria . axial de misturas água-ar em padrão de bolhas através de um tubo circular e de bocais convergentes. Os principais objetivos são os de investigar os mecanismos que promovem a distribuição radial das fases e o de aprimorar o conhecimento sobre as forças interfaciais. As Equações Constitutivas usadas para obter o fechamento do modelo representam as forças interfaciais de arrasto, massa virtual, pressão interfacial, sustentação lateral e a força de parede. Uma extensão do modelo de turbulência k-'épsilon¿. para escoamentos bifásicos, que considera a turbulência induzida pela passagem das bolhas, é implementada para expressar os efeitos da turbulência da fase líquida. As equações diferenciais médio-temporais que formam o modelo de dois fluidos são numericamente resolvidas pelo método de volumes finitos usando o programa computacional comercial PHOENICS 'MARCA REGISTRADA¿. Um grande número de medições locais próprias são empregadas, tanto no tubo como nos bocais convergentes, para ajustar e validar o modelo. A análise e a comparação entre os resultados numéricos e os experimentais trazem informações originais sobre a natureza dos escoamentos e sobre os aspectos da modelagem. Os principais dados experimentais são medidos com uma sonda elétrica dupla. É desenvolvido um novo método estatístico que interpreta os dados localmente adquiridos pela sonda, fornecendo a freqüência de bolhas, a distribuição de velocidades reais e a distribuição de diâmetros reais das bolhas. Outras grandezas médias, locais e superficiais, são obtidas a partir dessas grandezas básicas / Abstract: This work is aimed to the experimental and numerical study of two-phase flows. The Two-Fluid Model is the basic modelihg tool used to simulate the axi-symmetric flow of air-water bubbly mixtures in a round pipe and convergent nozzles. The main objectives are to investigate the mecanisms that promote the lateral distribution of the phases and improve the knowledge on the forces that settle their relative movement. The constitutive equations used to represent the interfacial forces and get the closure of the model are the drag force, the virtual mass force, the interfacial pressure force, the lift force and the wall force. An extension of the k- 'épsilon¿. turbulence model, which accounted for the bubble-induced turbulence, is also implemented to express the intensification of the turbulence in the liquid phase. Hence, the conservation and constitutive equations that form the Two-Fluid Model are implemented and solved by the finite-volume method using the commercial computational package PHOENICS 'MARCA REGISTRADA¿ An extensive number of local measurements were taken, in both the round pipe and convergent nozzles, to adjust and validate the model. The analysis of the data and comparisions with the numerical results give rise to original information on the nature of the bubbly flow and aspects of the Two-Fluid Model. To measure the local variables in air-water bubbly flows, a doublesensor electrical intrusive probe was used. To extend the application of this technique to the measurement of local interfacial properties in bubbly flows and to take into account the multidimensional nature of these flows, a new statistical method of measurement, including the data acquisition and processing, is developed. The method disclosed local interfacial properties, namely the void fraction, the bubble frequency, the bubble velocity, the bubble size and the interfacial area density. Mean variables are also calculated after the integration of these local properties / Doutorado / Doutor em Engenharia de Petróleo