Orientadores: Luis Augusto Barbosa Cortez, Clement Vigneault / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:29:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_LarissaRodriguesde_D.pdf: 2524603 bytes, checksum: 96c23f390f533440db271887126eb814 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Esta pesquisa teve como objetivo desenvolver uma metodologia para o projeto dos orifícios de embalagens para frutas e hortaliças submetidas ao processo de resfriamento rápido a ar forçado. Tendo em vista as altas perdas registradas anualmente sobretudo devido à falta de embalagens adequadas e armazenagem frigorificada, tal metodologia poderá auxiliar de forma prática e precisa a escolha da configuração dos orifícios da embalagem para maximização da eficiência do resfriamento rápido de produtos hortícolas. Esta ferramenta deverá ser utilizada em combinação com demais tecnologias existentes para o projeto de uma embalagem suficientemente atrativa ao consumidor e que atenda não apenas às necessidades do produto submetido a tratamentos pós-colheita, como também à resistência estrutural da caixa, possibilitando inclusive sua higienização, reutilização e desmontagem, visando reduzir custos de confecção e transporte. Para atingir a meta da pesquisa, os produtos hortícolas acondicionados em embalagens foram representados por produtos-modelo nos experimentos laboratoriais. Vários materiais e arranjos experimentais foram testados até se chegar à simulação de uma embalagem com um grupo de esferas plásticas sólidas instrumentadas. Estas simularam com maior precisão a distribuição do ar através de um leito de produtos hortícolas durante o resfriamento rápido a ar forçado. A partir dos resultados obtidos para o coeficiente de resfriamento das esferas, foram desenvolvidas correlações para determinação indireta da velocidade de aproximação do ar ao redor de cada uma delas, considerando sua posição na embalagem relativa ao ar de entrada. Estas correlações foram posteriormente aprimoradas através do refinamento da pesquisa na faixa de regime de fluxo transiente. A precisão das correlações estabelecidas foi verificada através de análises de balanço de massa nas camadas de produto ao longo da direção do fluxo de ar. A metodologia foi aplicada para a investigação do efeito de diferentes configurações de abertura de embalagem na distribuição do ar através do produto submetido ao resfriamento. Tais configurações incluíram orifícios centrais, periféricos, diagonais e uniformemente distribuídos, além das aberturas tipo ¿alça¿ para manuseio. Também foi realizada uma análise energética envolvendo o calor adicionado ao sistema devido à taxa respiratória do produto e ao funcionamento do ventilador usado no resfriamento rápido. Através da ferramenta desenvolvida, foram definidos certos valores de operação do sistema para maximizar a eficiência do processo de resfriamento, em termos de velocidade e uniformidade de resfriamento e energia requerida, que afetarão a qualidade e preço finais do produto. Assim, recomenda-se o projeto de orifícios uniformemente distribuídos na superfície da embalagem com área total aberta entre 8 e 16% . A porcentagem a ser escolhida nesta faixa dependerá dos limites de resistência estrutural do material, fluxo de ar fornecido pelo ventilador e taxa respiratória do produto. Por exemplo, hortícolas com atividade metabólica muito elevada, como brócolis, acondicionados em caixas mais abertas exigirão um maior fluxo de ar para otimização do processo de resfriamento rápido / Abstract: The aim of this research was to develop a methodology for designing container openings for fruits and vegetables submitted to a forced-air precooling process. Due to significant annual losses of fruits and vegetables, especially because of inappropriate packaging and storage, this tool could allow practical and accurate selection of the best package opening configuration to maximize the precooling efficiency of horticultural produce. The tool should be combined with other technologies currently in market use to design a container sufficiently attractive to consumers. This container must not only meet the produce requirements when submitted to postharvest operations, but also the material structural constraints. Furthermore, reusable and foldable containers could be desirable for manufacture and transport cost reductions. To this end, packed horticultural produce were represented by produce simulators in the trials. Several materials and experimental set-ups were tested before selecting an arrangement of instrumented solid plastic spheres in a container. These spheres simulated the air distribution through a horticultural produce stack during forced-air precooling with more accuracy. Correlations were established by measuring the cooling rate of the instrumented simulators for indirect determination of the surrounding air velocity, as a function of the simulator locations in reference to the inlet air. These correlations were further improved by refining the airflow range studied in laminar, transient, and turbulent phases. Their applicability was verified by performing a mass balance through the produce layers perpendicular to the main airflow direction. The methodology was applied to investigate the container opening design on air distribution through horticultural produce submitted to precooling. The configurations tested included central, peripheral, diagonal, and uniformly distributed openings, besides the container handle openings. Furthermore, an energy analysis was performed involving heat added to the system due to produce respiratory rate and fan functioning during precooling. The research tool developed here allowed defining some optimum values for system operation to maximize the cooling efficiency regarding the process rate and uniformity and required energy, which affect produce final quality and cost. Therefore, it is recommended that design openings be uniformly distributed on package surface with total vented area between 8 and 16%. The exact percentage to be selected in this range will depend on the material structural resistance, airflow and produce respiratory rates. For instance, horticultural produce with very high respiratory activity, such as broccoli, require higher airflow rate when submitted to larger venting package to optimize precooling process / Doutorado / Tecnologia Pós-Colheita / Doutor em Engenharia Agrícola

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:17:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9134_1.pdf: 701737 bytes, checksum: 0519b79a80cc0ee8ae3834b649d23b86 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Em uma refinaria de petróleo o óleo cru é pré-aquecido sofrendo fracionamento. Do resíduo desta operação obtém-se o gasóleo que sofre um craqueamento catalítico fluido realizado em uma das suas unidades operacionais. Nela localiza-se o riser por onde escoam, de forma ascendente e simultânea, o gasóleo e o catalisador sólido. Um sistema de quatro equações descreve o comportamento fluidodinâmico do riser em um modelo experimental a frio, sendo tal comportamento avaliado por meio das medições das velocidades e das frações volumétricas do gás e do catalisador sólido ao longo do riser. Foi realizada a análise de sensibilidade da concentração média do catalisador sólido ao longo do riser em relação a 7(sete) parâmetros. São eles: massa específica do catalisador sólido, massa específica do gás, diâmetro do riser, fluxo de sólidos, vazão do gás, comprimento do riser e viscosidade dinâmica do gás. Nesta análise foram usados os métodos perturbativo diferencial e o direto. Por meio do método perturbativo diferencial foram calculados os operadores derivado e adjunto, o concomitante bilinear e foi obtido o sistema adjunto. A partir daí foram calculadas as parcelas do coeficiente de sensibilidade em relação a cada parâmetro e, então, calculados estes coeficientes. Os mesmos coeficientes de sensibilidade foram também calculados usandose o método direto. Por fim, de posse dos coeficientes obtidos pelos dois métodos, foram também calculadas as sensibilidades em relação a cada parâmetro para ambos os métodos. Comparando-se os resultados obtidos pelos métodos perturbativo diferencial e direto verificou-se um erro percentual para a maioria dos parâmetros inferior a 1%. O parâmetro que menos influenciou na fração volumétrica média do sólido foi a viscosidade dinâmica do gás e o de maior influência foi o diâmetro do riser. Concluiu-se então que o método perturbativo diferencial apresenta-se bem sucedido em relação aos parâmetros analisados, com a vantagem de eliminar a necessidade de exaustivas repetições dos cálculos que são necessárias pelo método direto para a obtenção das sensibilidades em relação aos parâmetros

Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-04T14:11:27Z No. of bitstreams: 2 TESE ALEKSÁNDROS EL ÁURENS MEIRA DE SOUZA.pdf: 8940517 bytes, checksum: 2bc6efe13edc2a11be3c27f8364f8412 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T14:11:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE ALEKSÁNDROS EL ÁURENS MEIRA DE SOUZA.pdf: 8940517 bytes, checksum: 2bc6efe13edc2a11be3c27f8364f8412 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / Despontando como nova, mas não necessariamente recente, a tecnologia da miniaturização chega também aos processos químicos. Assim, este trabalho guiou-se com o objetivo de avaliar esta tecnologia no que concerne à concepção e emprego de microssistemas, em especial os microrreatores, desenvolvidos para processos catalíticos, com o intuito de intensificação desses processos, consideradas condições de maior segurança e superação de limites difusionais e térmicos. Foram preparados microrreatores do tipo monólitos em aço Fecralloy®, de 18 mm de diâmetro e 3 cm de comprimento, cada um com canais sinusoidais de 500 μm, tendo sido recobertos por catalisadores específicos para a reforma seca do metano, sendo um de níquel-alumina e outro de níquel/céria-alumina, com massa de fase ativa correspondente a 5,0% em massa (de níquel metálico). Uma vez preparados, os referidos catalisadores foram caracterizados e avaliados quanto ao seu desempenho, em termos de atividade catalítica, frente ao processo químico eleito. A escolha dos catalisadores se deu considerando-se o uso comercial do catalisador de níquel suportado em alumina para as reformas do gás natural, com vistas à obtenção de gás de síntese (syngas) e de hidrogênio, bem como à possibilidade de melhoria de seu desempenho com a dopagem de seu suporte (gama-alumina) com céria (CeO2). Os monólitos recobertos com os catalisadores também foram caracterizados, avaliando-se alguns fatores, dentre os quais sua resistência mecânica, para serem submetidos também a avaliações através da reforma seca do metano e, ao final, serem comparados, em termos de atividade catalítica, conversões, rendimentos e seletividades, com os desempenhos dos catalisadores puros. Os procedimentos de preparação dos catalisadores e monólitos foram realizados em parceria com a Universidad del País Vasco (Espanha), seguindo técnicas já consolidadas pelos seus pesquisadores, e os processos reativos foram levados a efeito no Laboratório de Processos Catalíticos da UFPE. Os procedimentos de formulação e preparação dos catalisadores e monólitos se mostraram eficazes, tendo sido obtidos resultados bastante significativos em termos dos parâmetros avaliados. Conversões de 96% para o metano foram alcançadas com ambos os catalisadores puros. Porém, com os sistemas microestruturados, alcançou-se 97% de conversão para o catalisador de níquel/alumina e próximo dos 100% para o catalisador de níquel/céria-alumina, em tempos espaciais maiores e a temperaturas mais elevadas. Rendimentos e seletividades para o gás de síntese de 88,7% e 94,5%, respectivamente, utilizando-se o catalisador de níquel/céria-alumina, foram verificados com o emprego dos sistemas microestruturados. Razões molares de H2/CO em torno da unidade foram mantidas, como sugerem os processos de reforma seca do metano. Paralelamente, foram realizados estudos termodinâmicos e cinéticos com vistas a uma modelagem do processo avaliado, adotando-se inicialmente parâmetros cinéticos constantes da literatura e ajustando-os ao caso. Balanços mássicos e térmicos foram efetuados, juntamente com considerações difusionais e fluidodinâmicas, para se implementar um modelo usando-se o método dos elementos finitos. Validado o modelo através dos resultados experimentais, foi possível a análise dos fenômenos fluidodinâmicos no interior dos canais dos monólitos concebidos, avaliando-se o comportamento dos componentes reacionais, bem como os perfis de temperatura do sistema.

Orientador: Sávio Souza Venâncio Vianna / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:25:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_TatieleDalfior_M.pdf: 4562241 bytes, checksum: 69c742236e806f040cfc237f2ba91cf4 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo matemático capaz de prever o tamanho de nuvem de gás inflamável formada em uma típica plataforma de petróleo considerando condições reais de ventilação e de operação de uma planta de processo. Para tanto, foi realizado um estudo de dispersão de gás inflamável (gás natural) na plataforma em questão utilizando Fluidodinâmica Computacional (CFD). Os resultados deste estudo de dispersão serviram como base para a construção do modelo matemático utilizando Metodologia de Superfície de Resposta. Tal modelo permite o cálculo do tamanho de nuvem de gás inflamável no ambiente estudado usando duas variáveis principais: a taxa não-dimensional de vazamento (que contabiliza a relação entre a taxa de vazamento de gás e a taxa de ventilação na plataforma) e a direção adimensional de vazamento (que computa a relação entre as direções de vazamento de gás e do vento). O modelo desenvolvido mostrou-se eficaz, pois foi capaz de prever com considerável grau de confiabilidade os tamanhos de nuvem de gás inflamável quando comparados aos valores fornecidos por simulações com CFD / Abstract: This work proposes the development of a mathematical correlation for prediction of flammable gas cloud size in a typical offshore module. Real conditions regarding the ventilation and process plant operation were considered. A dispersion study of natural gas release in the module was conducted using Computational Fluid Dynamics (CFD) and the state of art as far as the gas dispersion modelling is concerned. A mathematical model was built based on the numerical results and Response Surface Methodology (RSM). The approach comprises into a single mathematical model the most relevant independent variables. The response surface curves calculate the flammable gas cloud volume as a function of the non-dimensional leak rate (that concerns the ventilation and the gas release rate) and the non-dimensional leak direction (which comprises the wind direction and the leak direction). The developed model had proved to be effective. It was able to predict flammable gas volume and good agreement with CFD results was observed / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Sávio Souza Venâncio Vianna / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T16:12:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FerreiraJunior_ElmodeSena_M.pdf: 18188081 bytes, checksum: 2b445e8828a2a2b90c9a27c3379a7d74 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A simulação numérica é de grande importância em diversas áreas da engenharia, tais como otimização e manutenção de processo químico, bem como na indústria do petróleo e segurança do processo. O Fire Dynamics Simulator (FDS) é um código de Fluidodinâmica Computacional com base na simulação das grandes escalas. Este foi desenvolvido pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST). O código FDS foi originalmente projetado para modelar baixo fluxo de velocidade comumente encontrados em cenários de incêndio. Assim, o FDS não é adequado para simulação de casos onde o número de Mach é elevado. Para superar esta limitação, este trabalho propõe um novo modelo dedicado às características próximas da saída do jato a fim de permitir o FDS simular cenários de jatos e dispersão de gás. A abordagem também reduz significativamente o tempo da simulação computacional. A ferramenta proposta é uma alternativa livre e confiável para a modelagem de dispersão de gás. Os resultados são amplamente discutidas e um estudo de caso de uma plataforma é apresentado. A comparação com os resultados experimentais, bem como um pacote CFD comercial mostram boa concordância / Abstract: The numerical simulation is of great importance in various areas of engineering such as optimization and maintenance of chemical process, petroleum industry and process safety. The Fire Dynamics Simulator (FDS) is a Computational Fluid Dynamics (CFD) code based on Large Eddy Simulation (LES) modeling and developed by National Institute of Standards and Technology (NIST). FDS code was originally designed to model low speed flow commonly found in fire scenarios. Hence, FDS is not suitable for modeling high Mach number cases. To overcome this limitation this work proposes a novel model dedicated to the near field jet characteristics in order to enable FDS to simulate jet scenarios and gas dispersion. The approach also reduces the computational time significantly as far as turbulent jet flows are concerned. The proposed tool is a free and reliable alternative for gas dispersion modeling. Results are extensively discussed and case study for a typical offshore site is presented. Comparison with experimental results as well as commercial CFD package show good agreement / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Araí Augusta Bernárdez Pécora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T01:52:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ramirez-Quintero_DeyberAlexander_M.pdf: 57776826 bytes, checksum: 709c4f673f8b985e10d70c951d88de9d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A aplicação de biomassas em processos de geração de energia como a combustão, pirólise e gaseificação, operando com a tecnologia de leito fluidizado, tem merecido atenção crescente nas últimas décadas. Esses sistemas necessitam da adição de partículas de material inerte que ajudam a promover uma fluidização estável, permitindo a melhoria da eficiência de tais processos. Dentre as biomassas com potencial para geração de energia sustentável está o bambu, material que apresenta propriedades semelhantes às de outras biomassas utilizadas em processos de geração de energia, com a vantagem de apresentar rápido crescimento, fácil propagação, regeneração vigorosa, maturidade rápida. O objetivo deste projeto foi estudar o comportamento fluidodinâmico de misturas de partículas de areia e bambu (in natura e na forma de carvão proveniente de processo de pirólise) visando à obtenção de parâmetros inerentes à fluidização dessas misturas, bem como analisar o efeito da degradação térmica da partícula de bambu sobre a fluidização do leito. A análise foi realizada a partir do levantamento experimental da curva fluidodinâmica em sistema de leito fluidizado operando a frio, com diferentes composições das misturas bambu-areia e carvão-areia. Adicionalmente foi verificada a influência do tamanho das partículas de areia e da altura estática do leito sobre a fluidodinâmica do leito. Os resultados mostraram que a melhor qualidade da fluidização do leito contendo partículas de bambu in natura foi obtida usando a areia identificada como areia 3 (diâmetro médio de 460 µm), relação entre a altura estática do leito e o diâmetro do leito igual à unidade (H/D = 1) e máximo teor de biomassa no leito igual a 5% (em massa). No entanto, esse tamanho areia não forneceu boas condições de fluidização para a mistura carvão-areia. A utilização da Umf do material inerte para o projeto de reatores de pirólise, utilizando partículas de bambu como combustível, não é recomendável, uma vez que a presença de apenas 5 % (em massa) de bambu in natura aumenta o valor da Umf em 20 %, enquanto que esse aumento é de 10 % no leito contendo carvão de bambu. Espera-se que os resultados obtidos neste estudo forneçam dados úteis para o projeto de reatores que utilizam a tecnologia de leito fluidizado. Pretende-se também contribuir para o entendimento da fluidodinâmica de sistemas que utilizam misturas de biomassas e areia para geração de energia / Abstract: The use of biomass in power generation processes such as combustion, pyrolysis and gasification, operating with the fluidized bed technology, has received increasing attention in recent decades. These systems require the addition of inert particles to promote a stable fluidization, allowing the improvement of process efficiency. Among the biomasses with potential for sustainable power generation is bamboo, which presents similar properties to other biomasses used in energy generation processes, with the advantage of rapid growth, easy propagation, vigorous regeneration and quick maturity. In addition, its properties allow the recovery of environmentally degraded areas. The objective of this research was to study the hydrodynamics behavior of fluidized beds composed by mixtures of sand and bamboo particles (in natura and in the form of coal from pyrolysis process). Parameters inherent to fluidization of these mixtures, as well as the effect of thermal degradation on the fluidization process of bamboo particles are analysed. The analysis was performed from hydrodynamics curves obtained in an experimental system operating at room temperature, with different compositions of bamboo in nature and bio-char in the bed. Additionally, the influences of sand particle size and static bed height on the fluidized bed hydrodynamics were verified. Results showed that the best quality of fluidization of the studied mixtures was achieved using sand particles 460 ?m diameter (sand 3), static bed height and column diameter ratio equal to unity (H/D = 1) and maximum weight fraction of bamboo in the bed equal to 5%. However, this size of sand particles did not provide a good quality of fluidization for coal-sand mixture. The Umf of the inert material is not recommended to be used in the design of pyrolysis reactors as the addition of 5 wt% of bamboo in natura in the bed causes an increment of 20 % on Umf while this increment is 10 % for the bed containing bamboo char. Results obtained from this study could provide useful data for the design of fluidized bed reactors that operate with bamboo particles. It is also intended to contribute on understanding the hydrodynamics behavior of fluidized beds using mixtures of biomass and sand for power generation / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T17:58:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pelissari_DanielCicero_M.pdf: 3433960 bytes, checksum: 82461e75c8ef3d10fb44cd8d35de3eb9 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A aplicação de fluidodinâmica computacional (CFD) em estudos de otimização e projeto de novos equipamentos de processos industriais vem aumentando significativamente, uma vez que apresenta custo reduzido e possibilidade de avaliar equipamentos complexos e de extremas condições de operação. Dentre os processos mais estudados via CFD está o processo de craqueamento catalítico fluidizado (FCC), onde as frações pesadas do petróleo de baixo valor são convertidas em produtos de maior valor agregado, sendo uma das aplicações de fluidização gás-sólido mais importante na indústria de petróleo. O presente trabalho avaliou especificamente a zona de injeção do FCC, na qual a matéria-prima, alimentada por bicos injetores, se mistura a sólidos quentes (catalisador) e a vapor de fluidização. A performance desses dispersores de carga para garantir uma boa distribuição das gotículas de gasóleo com o catalisador é a chave para melhorar a eficiência do riser de FCC. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes designs, ângulos (30°, 45° e 60°) e configurações dos injetores sobre o escoamento gás-sólido e o desempenho do riser. Para tal, simulou-se um escoamento gás-sólido reativo tridimensional baseado em uma abordagem Eulerian-Eulerian. Nas simulações foram utilizados o modelo cinético de 12-lumps de Wu et al. (2009), modelo de turbulência k-? e modelo de arraste de Gidaspow. Foi observado que o design, o ângulo e a configuração dos bicos injetores exercem uma forte influência sobre a fluidodinâmica e a performance do riser, sendo o ângulo a variável que apresentou maior influência. Pôde-se observar que o design de bico tipo multi-orifícios (Caso 3) foi o que apresentou os melhores resultados, sendo a partir deste avaliados os ângulos, onde notou-se que o aumento do ângulo de 30° para 60° melhorou a mistura entre as fases e o rendimento. A análise dos arranjos foi realizada utilizando o design de bico do Caso 3 e o ângulo de 45°, e observou-se que o arranjo com bicos intercalados (Arranjo 2) apresentou uma mistura mais homogênea entre as fases e, consequentemente, uma melhor conversão e rendimento de produtos desejados. Em geral, os resultados obtidos no presente trabalho salientam a importância da utilização de geometrias mais detalhadas para os bicos, uma vez que influenciam a mistura entre as fases, a qual afeta o desempenho do riser / Abstract: The Computational Fluid Dynamic (CFD) application in industrial process optimization and new equipments design studies has increased significantly, once it presents low cost and the possibility of evaluating complex and extreme operating conditions equipments . Among the most widely studied processes via CFD is the fluidized catalytic cracking process (FCC), where the oil heavy fractions of low-value are converted into higher value-added products and which is one of the most important gas-solid fluidization applications in the oil industry . The present study specifically evaluated the FCC injection zone, in which the feedstock fed by nozzles, is mixed with hot solids (catalyst) and fluidization steam. The nozzles performance to guarantee a good gas oil droplets distribution with the catalyst is the key to improve the efficiency of FCC riser. Thus, the study main objective was to evaluate the different nozzles designs, angles (30 °, 45 ° and 60 °) and arrangements effect on the gas-solid flow and the riser performance. For this purpose, it was simulated a three-dimensional reactive gas-solid flow based on an Eulerian-Eulerian approach. In the simulations it was used the 12 lumps kinetic model by Wu et al. (2009), turbulence model k- ? and drag model Gidaspow. It was observed that the nozzle design, angle and configuration have a strong influence on fluid dynamics and on the riser performance, and the angle was the variable with the greatest influence. It can be observed that the nozzle design of multi-orifice type (Case 3) showed the best results, and that¿s why it was used to evaluate the angle, in which was noted that the angle increase of 30 ° to 60 ° improved phases mixing and the yield. The arrangement analysis was performed using Case 3 nozzle design and the design angle of 45 °, and it was observed that the arrangement with intercalated nozzles (Arrangement 2) showed a more homogeneous phases mixture and therefore a better conversion and desired product yield. In general, the results obtained in this work highlighted the importance of using more detailed geometries for the nozzles, since they influence the mixing of the phases, which affects the riser performance / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química

O foco desta pesquisa é a análise computacional da cavitação em válvula borboleta utilizando o software comercial Ansys CFX versão 14. Dentre várias aplicações, a válvula pode ser utilizada no controle da vazão de água para lavagem de gases oriundos do processo de fabricação do aço num conversor LD. Foi estabelecido como parâmetros constantes de simulação, a pressão a montante e jusante respectivamente em 150 e 60 kPa e a temperatura de 80C. O objetivo deste trabalho é conhecer, através da simulação computacional, os ângulos em que a cavitação torna-se crítica na válvula borboleta, mapeando as áreas de cavitação, que será validada pelo equacionamento da válvula, de acordo com a norma da ISA. Será analisado o escoamento do fluído, priorizando a variável pressão e diferencial de pressão através da válvula, variando os ângulos do obturador de 10 em 10 graus, até o ângulo de 70. Em seguida, serão feitas novas simulações com as temperaturas de 50, 60, 70 e 90C, haja vista que, a vaporização da água está diretamente relacionada, não somente com a pressão, mas também com a temperatura do fluído. A escolha desta válvula para estudo dá-se pelo fato de ter uma alta recuperação de pressão a jusante, levando ao colapso as bolhas de vapor, quando a pressão se eleva acima da pressão de vapor da água, resultando no fenômeno físico denominado por cavitação, alvo de análise e mapeamento desta pesquisa. O regime de escoamento do fluído newtoniano é turbulento e utilizou-se a técnica de volumes finitos idealizada por Patankar, para resolução numérica, e o software comercial CFX versão 14 da Dinâmica de Fluidos Computacional. Foi utilizada a geometria e condições de contorno operacionais de uma válvula borboleta para investigar as regiões as quais ocorrem possibilidades de desgaste e focos de cavitação. / The focus of this study is a computational analysis of cavitation in butterfly valve using a commercial software named Ansys CFX version 14. Among several applications, the valve may be used in controlling water flow for gas washing originating from the washing process in a steelmaking converter LD. Therefore, the constant pressure upstream and downstream respectively at 150 and 60 kPa and de 80C , was established as constant simulation parameter. The purpose of this study is find out, using a computer simulation, which angles at the cavitation becomes critical in the butterfly valve, and mapping the areas of cavitation, which will be validated by the valve equation, according to ISA standards. Therefore, the flow of the fluid will be analyzed, prioritizing the variable and the differential constant pressure through the valve by varying the obturators angles from 10 to 10 degrees, until it comes to a 70 angle. To achieve this purpose, new simulations will be made with temperatures of 50, 60, 70 and 90 degrees, considering that the water vaporization is directly related to not only the pressure but also the temperature of the fluid. In this study, the butterfly valve was chosen because of its high downstream pressure recovery, leading to collapse of the vapor bubbles, when the pressure is elevated above the water vapour pressure, resulting in the physical phenomenon known as cavitation, which is the target analysis and mapping of this study. The Newtonians flow regime was found turbulent and to numerical solution was used the technique of finite volume designed by Patankar, by using commercial software CFX version 14.0 of Computational Fluid Dynamics. Was used both geometric and operational contour of a butterfly valve project to investigate in which part and conditions of a valve can occur potential wear and cavitations spots.

Orientador: Celso Eduardo Tuna / Coorientador: Alex Mendonça Bimbato / Banca: José Alexandre Matelli / Banca: Wendell de Queiróz Lamas / Resumo: A busca por estudos visando às melhorias em projetos de engenharia relacionados às turbinas hidráulicas se tornam cada vez mais essenciais considerando a crescente demanda por fontes de energias renováveis como as usinas hidrelétricas. Por este motivo, cresce a necessidade de estudos sobre turbinas hidráulicas, por meio de inovações tecnológicas, que proporcionem a melhoria do rendimento das mesmas. Esse trabalho tem como objetivo aplicar modificações nas turbinas por meio de técnicas de projeto, como o biomimetismo, nas pás dos rotores de turbinas do tipo Bulbo e comparar o comportamento do escoamento sobre as pás e o rendimento dessas turbinas com aquelas projetadas sem a aplicação do biomimetismo. Para atingir esse objetivo a modelagem da turbulência se dá através da metodologia URANS (unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes) e o modelo de turbulência escolhido foi o k-ε, por ser ideal em escoamentos turbulentos, demandar um menor tempo de simulação computacional e apresentar maior semelhança com dados experimentais. Como resultado, observa-se que as mudanças realizadas na geometria das pás das turbinas, baseadas nos conceitos e técnicas de biomimetismo, proporcionaram aumento de desempenho nas turbinas bulbo, evidenciando-se assim a capacidade do biomimetismo de proporcionar melhorias em projetos de turbinas hidráulicas, que ainda é pouco difundida e estudada. Para a realização desse trabalho, usa-se o software comercial SolidWorks® para a criação da geometria e o ANSYS ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The search for studies aimed at improving engineering projects related to hydraulic turbines becomes increasingly essential considering the increasing demand for renewable energy sources such as hydroelectric plants. For this reason, the need is growing for studies about hydraulic turbines, by means of technological innovations, that provide the improvement in these turbines. The objective of this work is to apply modifications in turbines by means of design techniques, such as biomimicry, on the rotor blades of the Bulb type turbine, and to compare the flow behavior on the blades and the performance of these turbines with those projected without the application of the biomimetism. To accomplish this objective, turbulence modeling was performed using the URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) methodology and the turbulence model chosen was k-ε, because it is ideal in turbulent flows, requires a shorter computational simulation time and presents greater similarity with experimental data. As a result, changes in turbine blade geometry, based on biomimetic concepts and techniques, have resulted in significant performance gains in bulb turbines, thus demonstrating the ability of biomimetric to provide improvements in hydraulic turbine designs, which is still less widespread and studied. The commercial SolidWorks® software was used for the creation of geometry and the ANSYS Student® (version 19.1) for flow analysis using computational fluid dynamics (CFD) / Mestre

Neste trabalho, buscou-se investigar a aplicação de uma modelagem RANS, com a utilização do modelo de turbulência das Tensões de Reynolds (RSTM), na modelagem do escoamento de gás no interior de ciclones, especialmente na simulação do movimento periódico do vórtice, conhecido como Precessing Vortex Core (PVC), com apoio da Fluidodinâmica Computacional. Utilizou-se o pacote de CFD de código aberto OpenFOAM, e as simulações foram realizadas em regime transiente. Dois modelos RSTM foram testados, o modelo LRR com os valores padrões para as constantes e uma modificação das constantes do termo de redistribuição. Compararam-se os resultados obtidos com dados da literatura e verificou-se que ambos os modelos representaram o campo médio de velocidade. No entanto, somente o modelo LRR conseguiu reproduzir o campo de flutuações de velocidade. Detectou-se o movimento de precessão do vórtice, que pode ser visualizado através de imagens sequenciais do escoamento, e uma frequência característica do movimento pode ser calculada através do Espectro de potência. / The flow field of a gas cyclone was simulated with a RANS model using Computational Fluid Dynamics (CFD) and the Precession of the Vortex Core (PVC) was investigated. The CFD simulations were carried out using the open source code OpenFOAM and the simulations were performed in a transient regime. Two Reynolds Stress Turbulence Models (RSTM) were investigated - the LRR model with standard constants and another with modified constants in the pressure-strain term. The results obtained by the models were compared with values of mean velocity taken from the literature and predictions were satisfactory. However, only the LRR model with standard constants predicted with precision the fluctuation velocity field. The precessing vortex was detected and illustrated by the flow field visualization and a characteristic frequency was calculated by Power Spectrum Density.