Made available in DSpace on 2016-08-29T15:39:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_9535_Dissertação Priscilla S Almeida versão inicial.pdf: 1564615 bytes, checksum: 7083a7981886f6003c70b29a150638e6 (MD5) Previous issue date: 2016-01-26 / A substituição de recursos não renováveis por renováveis é um dos grandes objetivos almejados mundialmente. O Brasil é um país que tem obtido sucesso nesta corrida por uma matriz energética onde as fontes alternativas são predominantes. A biomassa é uma fonte renovável promissora que ao ser utilizada com adequadas tecnologias é capaz de gerar produtos com alto potencial energético.A pirólise se destaca no cenário das tecnologias de conversão termoquímica, sendo os reatores mais indicados no processo aqueles capazes de fornecer uma excelente mistura dos componentes a serem pirolisados. O leito de jorro, por ser um equipamento que proporciona um elevado contanto entre sólidos e fluido, adéqua-se como um bom reator de pirólise. Sendo assim, um estudo fluidodinâmico do comportamento das partículas envolvidas neste processo é uma das etapas básicas para aplicação desta técnica. A casca do cacau é o principal resíduo do processo de beneficiamento do cacau, compondo cerca de 80% do fruto. Utilizada normalmente para produção de ração animal e fertilizantes,essa biomassa pode ser vista como uma conveniente fonte energética. O presente trabalho tem como objetivo principal estudar a fluidodinâmica de uma mistura binária composta por partículas de casca de cacau e areia em um leito de jorro. Foram avaliados parâmetros como velocidade de mínimo jorro e queda de pressão de jorro estável através de análises estatísticas para diferentes alturas de leito estático (6, 8 e 10cm) e frações mássicas de casca de cacau (25, 50 e 75%). A segregação das misturas foi analisada nas alturas de leito e frações mássicas da casca de cacau adotadas no estudo fluidodinâmico, variando a velocidade do ar em 10, 20 e 30% acima da velocidade de mínimo jorro. O regime de jorro estável foi estabelecido na região experimental estudada. Constatou-se que a velocidade de mínimo jorro não foi influenciada por variações na fração mássica, diferentemente da queda de pressão de jorro estável que sofreu interferência tanto da fração mássica quanto da altura de leito estático. A segregação das partículas foi observada nas regiões do topo e do fundo do leito. Simulações via CFD foram realizadas empregando o modelo Euleriano para descrever o escoamento gás-sólido no leito de jorro e utilizando uma malha bidimensional estruturada. As simulações se mostraram de acordo com o observado experimentalmente com relação ao comportamento fluidodinâmico e a segregação no fundo do leito

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-24T03:08:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335980.pdf: 14630918 bytes, checksum: eaa7323a79f25194e74123646dce07e0 (MD5) Previous issue date: 2015 / O tratamento de energia térmica de gases, realizado por meio de recuperadores de calor em chaminés, fornos ou equipamentos aquecidos, tem se tornado uma alternativa importante na redução do consumo de combustíveis nas indústrias. A modelagem numérica com fluidodinâmica computacional (CFD), realizada através do software COMSOL Multiphysics® que utiliza elementos finitos na discretização do domínio, é utilizada para predizer o perfil de velocidades e temperaturas no misturador. O escoamento compressível no misturador é governado pela equação da continuidade, de Navier Stokes da quantidade de movimento e da equação da conservação da energia. Neste trabalho os escoamentos turbulentos são preditos pelos modelos de turbulência k-e, já o escoamento não isotérmico em meio poroso, através das equações de Brinkman. Desenvolveu-se um protótipo misturador de gases com características modulares e flexíveis, composto por um cilindro com uma injeção de ar quente em uma das extremidades e uma injeção lateral de ar a temperatura ambiente, formando um ângulo de 90º, a saída está disposta no lado oposto. Nos procedimentos experimentais observa-se variação de parâmetros de velocidade de injeção de ar a temperatura ambiente e ar aquecido, de 0,5 = u = 2,5 m/s, em três diferentes temperaturas. Um longo transiente de temperatura com 55 min de duração e sucessivas perturbações na vazão é imposto no estabelecimento da corrente quente. Perturbações laminares do tipo segregado, vórtex e de imersão são percebidas nos modelos laminares. O incremento na velocidades de injeção dos fluidos desenvolvem uma proporcional melhora no contato entre as camadas os fluidos. Regiões isotérmicas estendidas, desenvolvidas por camadas laminares de fluido, são formadas em baixas velocidades de injeção. A reprodução dos dados experimentais pelo modelo tem desvios menores que 10 °C em módulo para velocidades de fluido frio maiores que 1,0 m/s. A qualidade da mistura, avaliada pelo estudo das curvas de isovalores de temperaturas na saída do modelo, mostra-se proporcional ao aumento das velocidades de injeção. A introdução de um meio fibroso, composto por fibra de vidro na câmara de mistura, apresenta-se como alternativa significante para a melhoria da eficiência de mistura e incremento da inercia térmica em regimes de baixas velocidades de injeção. / Abstract : Thermal energy handling performed by heat exchangers on chimneys, kilns or heated machinery have become an important alternative at the reduction of fuel at industries. The numeric modelling with computational fluid dynamics (CFD) performed by the software COMSOL Multiphysics®, which uses finite elements at the domain's discretization, is used to predict the velocities and temperatures' profile at the mixer. The compressible flow at the mixer is governed by the continuity, Navier Stokes' momentum and energy conservation's equations. At this work, turbulent flows are predicted by the turbulence models k-e, unlike the porous media non-isothermal flow, which is predicted by Brinkman's equations. A modular and flexible gas mixer prototype was developed, which is composed by a cylinder with hot air injection on one extremity and a lateral injection of ambient air, forming a 90-degree angle, the exit was put at the opposite side. On the experimental procedures were observed of inlet air velocity at ambient temperature and heated air, from 0.5 = u = 2.5 m/s, at three different temperatures. A long transient of temperature 55 minutes long and successive perturbations at the flow is imposed at the hot air establishment. Laminar disturbances from the segregated, vortex and immersion types are observed in the laminar models. The flows inlet velocities' increasing develop a proportional improvement at the contact between the fluids' layers. Extended isothermal regions developed by fluid's laminar layers are formed at low speed of injection. The experimental data's reproduction by the model has deviations less than10 °C in module for cold air's velocities higher than 1.0 m/s. The mixing quality, evaluated by the isovalue curves' study of temperatures at the model's outlet, shows itself proportional to the injection velocities' rise. The admission of fibrous media, consisting on glass fiber at the mixing chamber, presents itself as significant alternative to the improvement of mixing efficiency and increase of thermal inertia for low speed of injection.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:24:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 322464.pdf: 2616767 bytes, checksum: 31895c3b1e5ee9a215080094a9e6b80e (MD5) Previous issue date: 2013 / No mercado atual, competitivo e globalizado, é importante agregar rentabilidade às unidades de negócios através do desenvolvimento de soluções tecnológicas diferenciadas. Neste sentido, a adequação da produção de derivados de petróleo extraído deve ser realizada de maneira competitiva, com a integração e a otimização de toda a cadeia produtiva. Dentre as formas para alcançar estes objetivos destacam-se a redução do custo de fracionamento e o desenvolvimento de novas concepções de equipamentos. Estes dois fatores podem ser obtidos quando implementada uma maneira alternativa de troca de calor e massa entre as fases em um processo de destilação, que permita a redução do consumo energético e aumente a eficiência de separação. Desta maneira a destilação por filme líquido é uma opção para otimizar a transferência de calor e massa devido a grande área de contanto. As principais dificuldades para este processo são a seleção e localização adequada do sistema de distribuição de alimentação, os limites das vazões de alimentação para maximizar a transferência de calor e massa, o layout do tubo de destilação para escoamento das fases líquida e vapor, além da modelagem para estudar a capacidade de separação do processo e sua viabilidade. O objetivo deste trabalho foi o estudo fluidodinâmico e avaliação da eficiência do sistema de distribuição de alimentação (SDA) sobre o processo de destilação por filme líquido descendente. Com posterior avaliação da eficiência deste sobre o processo de destilação com dois perfis de temperatura distintos, isotérmico e não isotérmico, na superfície de evaporação utilizando-se fluidodinâmica computacional (CFD). A técnica de CFD é uma importante e poderosa ferramenta para pesquisa e desenvolvimento de processos de engenharia. Neste trabalho utilizou-se um modelo tridimensional de colunas de destilação por filme líquido. O trabalho foi dividido em três partes: desenvolvimento e estudo de refino da malha numérica visando diminuir os efeitos de difusão numérica para obtenção de resultados mais acurados com menor tempo e custo computacional, análise do escoamento e avaliação do SDA desenvolvido na formação e manutenção do filme líquido descendente sobre a superfície de evaporação (CFD e experimental) e validação dos modelos propostos para avaliação da eficiência do DAS sobre a capacidade de separação da unidade de destilação por filme líquido descendente utilizando-se dois perfis de temperatura. As simulações foram realizadas considerando escoamento multifásico, modelo de turbulência Shear Stress Transport (SST) e esquema de interpolação upwind. Os resultados obtidos demonstram a eficiência e viabilidade de utilização do SDA desenvolvido sobre a capacidade de separação da unidade de destilação por filme líquido descendente. O modelo tridimensional proposto foi capaz de prever os resultados de separação da unidade com erro relativo máximo de 10%. <br> / In the current, competitive and globalized market, it is important to aggregate profitability to business units by developing new and different technological solutions. In this sense, the adequacy of manufacturing of products deriving from petroleum extracted must be carried out in a competitive way, with the integration and optimization of the whole production chain. Among the ways to reach these goals it is possible to highlight the fractioning cost reduction and the development of new conceptions of equipments. These two factors can be obtained when a new way of heat and mass exchange is implemented between the stages of a distillation process, which allows the reduction of energetic consummation and increases the separation efficiency. In this way, the distillation through liquid film is an option in order to optimize heat and mass transference due to its great area of contact. The main difficulties for this process are the adequate sealing and location of the feeding distribution system, the limits of the feeding flow rate in order to maximize the heat and mass transference, the layout of the distillation tube for the flowing of the liquid and vapor stages, besides modeling, in order to study the separation capacity of the process and its viability. Therefore, this paper aims to design and build a distillation system by descending liquid film, with posterior evaluation of its efficiency on the distillation process with two distinct temperature profiles, isothermal and non-isothermal one, on the evaporation surface by using computational fluid dynamics (CFD). The CFD technique is an important and powerful tool for research and development of the engineering process. In this paper a tridimensional model of distillation columns through liquid film was used. The paper was divided into three parts: development and study of the refine of the numerical grid, aiming to decrease the effects of numeric diffusion in order to obtain more accurate results in a shorter time and computational effort, analysis of flowing and evaluation of SDA developed on the formation and maintenance of the descending liquid film on the evaporation surface (CFD and experimental) and validation of the models proposed for evaluating the SDA efficiency on the separation capacity of the distillation unit through descending liquid film, by using two temperature profiles. The simulations were carried out considering the multiphase flowing, turbulence model Shear Stress Transport (SST) and upwind interpolation scheme. The results obtained show the efficiency and viability of using SDA developed on the capacity of separation of the distillation unit through descending liquid film. The tridimensional model proposed was able to predict the results of the separation of the distillation unit with relative error of 10% maximum.

Orientador: José Luiz Gasche / Resumo: Segundo a Sociedade de Cirurgia Vascular da América do Norte e Sociedade Internacional de Cirurgia Cardiovascular, aneurismas são dilatações superiores ou iguais a 1,5 vezes o diâmetro original da artéria. Estima-se que aproximadamente 2% a 5% da população adulta tem algum tipo de aneurisma cerebral. Grande parte dos casos não chegam a causar sintomas ou gerar problemas graves, entretanto o risco de sua ruptura gera consequências clínicas desafiadoras, visto que tem grande taxa de morbimortalidade, tornando difícil a tarefa de tomar a decisão de intervenção ou não no tratamento do aneurisma. Neste trabalho, propõe-se o estudo numérico do escoamento em aneurismas do tipo basilar empregando-se a técnica da dinâmica de fluidos computacional. Comparando diferentes casos de aneurismas rompidos e não rompidos, identificamos características no escoamento para auxiliar a tomada de decisões no tratamento de pacientes. Os casos de aneurismas são oriundos de tomografias computadorizadas de pacientes reais, os quais foram utilizados para a criação dos modelos digitais. As simulações computacionais foram realizadas com oprogramaopen sourceOpenFOAM® . Outros programasopen source também foram utilizados na criação dos modelos, assim como para o tratamento dos resultados. Identificamos uma correlação entre os dados de tensão cisalhante na parede e a probabilidade de ruptura. Para os oito casos estudados, os resultados de previsão de ruptura e não ruptura apresentaram grand... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Made available in DSpace on 2018-08-24T22:53:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_7350_1 Dissertação FINAL TOTAL.pdf: 2122640 bytes, checksum: 1f813dd895e873b49853355007e1a7ba (MD5) Previous issue date: 2013-08-19 / Neste estudo foi aplicado do método numérico, sem malhas, baseado em partículas, denominado SPH (Smoothed Particles Hydrodynamics). E um código numérico na linguagem computacional FORTRAN foi utilizado para solucionar as equações de Navier-Stokes. O clássico problema da literatura da dinâmica dos fluidos Computacional, denotado como problema da cavidade quadrada bidimensional (Shear-Driven Cavity Flow), foi estudado com a intenção de verificar o comportamento do código numérico em relação a resultados específicos já existentes do assunto. O citado problema físico das cavidades abertas é amplamente empregado como benchmark, visando a validação do método numérico utilizado no trabalho desenvolvido na pesquisa. O trabalho de análise e validação do código numérico foi dividido em três seções: a primeira lista as localizações dos centros dos vórtices principais gerados pelo escoamento na aresta superior das cavidades; a segunda plota os perfis das componentes das velocidades centrais das cavidades; e a terceira: lista os desvios absolutos dos perfis das velocidades centrais do presente trabalho, comparados com dados de outros estudos. Constata-se que o método SPH apresentou boa acurácia nas simulações realizadas, obtendo boa concordância entre os resultados das simulações dinâmicas com os dados de referências, validando-se o modelo numérico proposto, tendo melhores resultados para baixos números de Reynolds.

Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2014-01-15T11:47:51Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2008_01.pdf: 3016466 bytes, checksum: bb586efd91679250bca2c81f8378b062 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-01-15T11:47:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2008_01.pdf: 3016466 bytes, checksum: bb586efd91679250bca2c81f8378b062 (MD5) Previous issue date: 2008 / A busca de soluções de hardware e softwares de alto desempenho e baixo custo sempre norteia os trabalhos no Laboratório de Computação Paralela do IEN. Nesse contexto, esse trabalho discorre sobre a construção de programas de visualização de simulações computacionais de dinâmica de fluidos (CFD) utilizando o software aberto OpenDx. Os programas desenvolvidos são úteis para a geração de imagens e vídeos em 2 e 3 dimensões, são interativos, de fácil utilização pelo usuário e visam atender às necessidades dos pesquisadores de dinâmica dos fluidos. No presente trabalho é feita uma descrição detalhada da construção de programas, das instituições de uso e do OpenDx como ferramenta de desenvolvimento. As descrições acompanham exemplos que ajudam o leitor a compreender o alcance das aplicações desses programas. / The search for high performance and low cost hardware and software solutions always guides the developments performed at the IEN parallel computing laboratory. In this context, this dissertation about the building of programs for visualization of computational fluid dynamics (CFD) simulations using the open source software Open Dx was written. The programs developed are useful to produce videos and images in two or three dimensions. They are interactive, easily to use and were designed to serve fluid dynamics researchers. A detailed description about how this programs were developed and the complete instructions of how to use them was done. The use of OpenDx as development tool is also introduced. There are examples that help the reader to understand how programs can be useful for many applications

Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2018-03-21T12:13:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertação mestrado ien 2018 Anizio Marques Garrido Filho.pdf: 5242258 bytes, checksum: 34e08584ad30e16a39aca3b6485e4a7e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-21T12:14:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação mestrado ien 2018 Anizio Marques Garrido Filho.pdf: 5242258 bytes, checksum: 34e08584ad30e16a39aca3b6485e4a7e (MD5) Previous issue date: 2018-01 / No presente trabalho foi desenvolvido um estudo sobre os escoamentos bifásicos gáslíquido verticais e inclinados, através da simulação computacional utilizando um software proprietário de CFD desenvolvido pela empresa ANSYS, o CFX. Neste trabalho utilizouse a versão 17.0 do CFX devidamente licenciado para o Instituto de Engenharia - IEN. A primeira parte dedicou-se à simulação em 3 dimensões de uma experiência de escoamento por diferença de densidade, de um bolsão de ar de 100,0 mm de comprimento, em uma fase líquida Inicialmente Estagnada dentro de um tubo de acrílico com 24,0 mm de diâmetro e 2,0 m de comprimento. Na experiência este bolsão de ar é posicionado na parte inferior do tubo pela rápida rotação do tubo assumindo a posição vertical e em ângulos de inlinação de 2,5°, 5°, 7,5°, 10° e 15°. O presente trabalho visou comparar os resultados computacionais com os experimentais. Este estudo demandou um tempo considerável para desenvolvimento, por causa das condições de execução da experiência serem ainda pouco abordadas em termos de simulação computacional. Foram necessários vários ajustes e tentativas, até se alcançar resultados satisfatórios próximos da realidade física da experiência. Neste primeiro estudo o objetivo foi conseguir nas simulações o aspecto morfológico do bolsão de ar e sua velocidade de deslocamento através de uma fase líquida composta de água ou glicerina, o mais próximo possível dos resultados experimentais. Na segunda parte deste estudo, fez-se a simulação por meio do software, de um experimento em construção destinado a ensaiar escoamentos bifásicos ascendentes com circulação forçada, numa tubulação de acrílico de 52,5 mm de diâmetro e 8,0 m de comprimento. Utilizou-se como guia neste estudo, um mapa de escoamentos bifásicos verticais ascendentes ar-água, notadamente reconhecido e elaborado por Taitel et al em 1980. Determinados pontos neste mapa, correspondentes aos tipos de escoamentos bifásicos verticais foram selecionados, e os dados de velocidade superficial de cada fase usados como condição de contorno nas simulações computacionais. Foram realizadas ainda, simulações com esses mesmos dados para condições de inclinação do escoamento de 15°, 30° e 45°. Estas simulações foram executadas em modo transiente no tempo decorrido de 15 s. O resultados visuais obtidos foram em perfis de variação sobre um plano e em 3 dimensões por isovolumes, ambos representando a variação dos parâmetros fração volumétrica, velocidade física e superficial. Foram obtidos os gráficos de fração volumétrica e velocidades fisica e superficial das fases para este tempo e as inclinações estipuladas. Através desses gráficos constatou-se que as variações significativas nos escoamentos ocorrem na faixa de 0° a 15°, e que a partir de 15° até 45° estas são pouco expressivas. / In the present work, a study was carried out on two-phase gas-liquid flows, vertical and inclined, through computer simulation using proprietary CFD software developed by ANSYS, the CFX. In this work was used the version 17.0 of the CFX duly licensed to the Institute of Engineering - IEN. The first part was devoted to the 3-dimensional simulation of a density difference flow experiment of an air pocket of 100.0 mm in length in a liquid phase stagnated inside a 24.0 mm acrylic tube diameter and 2.0 m in length. In the experiment this air pocket is positioned at the bottom of the tube by the rapid rotation of the tube assuming the vertical position and at inlet angles of 2,5 °, 5 °, 7,5 °, 10 ° and 15°. The present work aimed to compare the computational results with the experimental results. This study required a considerable amount of time for development, because the conditions of the execution of the experiment are still little discussed in terms of computational simulation. It took several adjustments and attempts until satisfactory results were achieved close to the physical reality of experience. In this first study the objective was to obtain in the simulations the morphological aspect of the air pocket and its velocity of displacement through a liquid phase composed of water or glycerin, as close as possible to the experimental results. In the second part of this study, the simulation was carried out using software of an experiment under construction to test two-phase upward flow with forced circulation in an acrylic tubing of 52.5 mm in diameter and 8.0 m in length. A vertical two-phase, air-water vertical flow map, notably recognized and elaborated by Taitel et al. In 1980, was used as a guide. Certain points on this map, corresponding to the types of vertical flows of two phases were selected, and the velocity data surface of each phase used as boundary condition in computational simulations. Simulations with these same data were also performed for flow slope conditions of 15 °, 30 ° and 45 °. These simulations were performed in transient mode at the elapsed time of 15 s. The visual results obtained were in profiles of variation on a plane and in 3 dimensions by isovolumes, both representing the variation of the parameters volumetric fraction, physical and superficial velocity. The graphs of volumetric fraction and physical and superficial velocities of the phases for this time and the stipulated inclinations were obtained. Through these graphs it was found that the significant variations in the flows occur in the range of 0 ° to 15 °, and that from 15 ° to 45 ° these are little expressive.

Orientador: José Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T09:46:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Villamizar_UrbanoMontanez_M.pdf: 2761421 bytes, checksum: b36bf4d1123da6ad78402c7d206517a3 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os Erlenmeyers agitados têm sido utilizados como uma ferramenta em pesquisa na área biotecnológica e laboratórios industriais, especialmente em estágios iniciais, onde graças a sua praticidade, muitos experimentos podem ser realizados simultaneamente com um baixo custo e virtualmente sem supervisão. No entanto, esses dispositivos só fornecem informação limitada dos processos fenomenológicos que acontecem dentro do Erlenmeyer, tais como a velocidade rotacional, que dá uma ideia dos requerimentos de mistura, etc. Esta limitação pode dificultar a transição de um novo processo da bancada experimental para a escala piloto ou industrial. Alguns estudos de pesquisa têm sido realizados para determinar importantes variáveis de processo, tais como consumo de potência volumétrico, capacidade de transferência de oxigênio, estresse hidrodinâmico, etc. A fluidodinâmica computacional (CFD) tem ganhado importância recentemente no estudo dos fenômenos de transporte, graças aos avanços no desenvolvimento de software especializado, e poder computacional. O objetivo desse trabalho é simular o processo de agitação desenvolvido em um Erlenmeyer agitado em máquinas orbitais, utilizando o pacote computacional CFX versão 14. Os resultados CFD são comparados com os dados experimentais disponíveis para validar o modelo com o objetivo de estudar a fluidodinâmica desenvolvida nestes dispositivos / Abstract: Erlenmeyers have been used as a tool in many biotechnology research and industrial laboratories, especially in its early stages when many experiments can be performed simultaneously at low cost and nearly without supervision. However, these devices offer only limited information on the phenomenological processes occurring within these shake flasks, as the rotational speed which gives an idea of the mixing requirements, etc. This limitation could be a difficulty when trying to scale up new processes developed in laboratories to a pilot plant scale or an industrial processes. Some experimental research has been carried out to determine important process variables in Erlenmeyer agitation such as volumetric power consumption, oxygen transfer capacity, hydrodynamic stress, etc. Computational fluid dynamics (CFD) has recently gained importance in the study of transport phenomena, thanks to advances in the development of specialized software, and computational power. The objective of this work is to simulate the mixing process in an Erlenmeyer flask. The software used is CFX version 14. The CFD results is compared with the experimental data available to validate this computational model in order to study the fluid dynamics that develops in these devices / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Milton Mori, Marcos Akira D'Ávila / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T21:16:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MiillerLopes_MariaFernanda_M.pdf: 2798310 bytes, checksum: d508c014dbb2db75fd6d052fdf5a76c7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Esta pesquisa tem por objetivo avaliar os resultados numéricos por Fluidodinâmica Computacional (CFD) e experimentais pela técnica de Velocimetria por Imagem de Partícula (PIV) e a técnica de Shadow Imaging em uma coluna de bolhas de 1m de altura, 14,5 cm de diâmetro com um distribuidor de gás de 5 furos de 1 mm de diâmetro cada. O sistema estudado foi o sistema bifásico água-ar. O estudo foi realizado no regime homogêneo de operação para as velocidades superficiais de gás de 0,3 cm/s, 0,5 cm/s e 0,7 cm/s. Os experimentos de PIV e shadow imaging foram realizados nas mesmas condições operacionais. Para uma boa representação do escoamento pela técnica de PIV foi necessário o tratamento de 2500 fotos para as velocidades mais baixas e 3500 fotos para a velocidade mais alta. Para a técnica de shadow imaging foi necessário o tratamento de 2000 fotos para a determinação do diâmetro médio das bolhas. Nos testes numéricos foram avaliados dois modelos de arraste, o de Ishii-Zuber (1979) e o de Zhang-Vanderheyden (2002), para a turbulência foi utilizado o modelo k-?, e o diâmetro de bolha utilizado foi o obtido experimentalmente pela técnica de shadow imaging. Perfis de velocidade média axial de líquido obtidos experimentalmente foram comparados com os dados numéricos. Análises dos tensores de Reynolds, energia cinética turbulenta e intensidade turbulenta também foram avaliados. Para a velocidade de 0,3 cm/s e 0,5 cm/s ambos os modelos de arraste representaram bem o escoamento. Para a velocidade de 0,7 cm/s o modelo de arraste de Zhang-Vanderheyden representou melhor o escoamento / Abstract: This research aims to evaluate the numerical results from Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations and experimental results obtained using Particle Image Velocimetry (PIV) and Shadow Imaging in a bubble column of 1m height, diameter of 14,5cm with a gas distributor with 5 holes of 1 mm diameter each one. The system studied was water-air. The study was performed in homogeneous operation regime for the superficial gas velocity of 0.3 cm/s, 0.5 cm/s and 0.7 cm/s. The PIV and shadow imaging experiments were performed under the same operation conditions. For a good flow representation of PIV data it was necessary to treat 2500 photos to the low superficial gas velocities and 3500 photos to the highest superficial gas velocity. For the shadow imaging technique it was necessary to treat 2000 photos for determining the bubble diameters. In the numerical tests two drag models were evaluated: Ishii-Zuber (1979) and Zhang-Vanderheyden (2002); for turbulence the k-? model was used and the bubble diameter used in the simulations was obtained experimentally by the shadow imaging technique. Average axial velocity profiles of fluid obtained experimentally were compared with numerical results. Analysis of Reynolds tensor, turbulent kinetic energy and turbulent intensity were also evaluated. For superficial gas velocities of 0,3 cm/s and 0,5 cm/s both drag models show good agreement with experimental data. For superficial gas velocities of 0,7 cm/s Zhang-Vanderheyden drag model showed better agreement with experimental data / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Antonio Carlos Bannwart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-27T23:44:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fleischfresser_NataliaArgeneLovatePereira_M.pdf: 3225949 bytes, checksum: 3fa7cfd39e0757130d24fa627a6c856c (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A performance hidráulica de bombas centrífugas depende de várias entre suas dimensões hidráulicas, mas a maioria delas não é facilmente acessível. Por este motivo, a performance hidráulica da bomba deve sempre ser disponibilizada pelo seu fabricante. No entanto, para proteger sua propriedade intelectual, fabricantes raramente compartilham com o público informações mais detalhadas sobre a hidráulica da bomba. Como consequência, os usuários dos equipamentos e pesquisadores não têm acesso a todas as informações de que podem necessitar. Na literatura há diversos modelos propostos para predizer a performance hidráulica de bombas centrífugas. No entanto, até as melhores simulações por CFD não conseguem predizer a performance das bombas com precisão. Neste trabalho, uma abordagem simples (modelo) disponível na literatura, baseada nos princípios de fluido dinâmica, que prediz a performance hidráulica de bombas com poucas e acessíveis dimensões hidráulicas, é validada com uma grande variedade de dados experimentais. Os dados de oitenta testes de diferentes tipos de bomba, cobrindo uma ampla extensão de velocidades específicas, foram considerados. A partir desta análise, correlações entre os coeficientes da equação do modelo e os principais dados hidráulicos das bombas foram propostas. Em seguida, diversos métodos de predição da altura no shut-off disponíveis na literatura foram analisados para que fosse possível definir o que melhor predissesse a altura no shut-off considerando os dados de teste. Finalmente, para cada tipo de bomba, a melhor combinação entre correlações e método de predição de altura no shut-off foi selecionada para reduzir o erro na predição das curvas de altura completas. Dadas todas as premissas e simplificações, o objetivo deste trabalho é apresentar um método aplicável para diversos tipos de bomba que facilmente prediz a curva de altura com erro razoável / Abstract: The hydraulic performance of centrifugal pumps depends on several hydraulic dimensions of the pump, but most of them are not easily accessible. Therefore, the pump¿s hydraulic performance always has to be informed by the pump manufacturer. Furthermore, in order to protect their intellectual property, manufacturers rarely share more detailed information about the pump hydraulics with the public. As a consequence, pump users and researchers don¿t have access to all the data they possibly need. In literature, there are several proposed models to predict the hydraulic performance of centrifugal pumps. However, even the best CFD simulations can¿t predict the pump performance accurately. In this work, a simple approach (model) available in literature, based on fluid dynamics principles, that predicts a pump¿s hydraulic performance with only a few accessible hydraulic dimensions, is validated with several experimental data. Eighty tests of different types of pumps, with a large range of specific speeds were considered. From this analysis, correlations among the coefficients of the model equation and the main hydraulic data of the pumps were proposed. Afterwards, several shut-off head prediction methods available in literature were analyzed in order to define the one that best predicts the shut-off head of the given tested data. Finally, for each pump type, the best combination of correlations and shut-off head prediction method was selected to reduce the error on the whole head curve prediction. Given all the assumptions and simplifications, the objective of this work is to present a method applicable to several pump types that easily provides a prediction of the whole head curve with reasonable error / Mestrado / Explotação / Mestra em Ciências e Engenharia de Petróleo