Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-20T13:04:38Z No. of bitstreams: 1 TARCISIO DAVID KONNA NUNES SANTOS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 1645201 bytes, checksum: 6f9773a951b06aacdb26ff5287e21e18 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-20T13:04:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TARCISIO DAVID KONNA NUNES SANTOS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 1645201 bytes, checksum: 6f9773a951b06aacdb26ff5287e21e18 (MD5) Previous issue date: 2016-03-23 / Este trabalho propôs um modelo matemático para um reator do tipo CSTR (continuous stirred-tank reactor) partindo de dados experimentais da cinética da reação de transesterificação entre o óleo de soja e o acetato de metila, tendo como catalisador uma enzima, a Candida Antartica. Um volume foi proposto para reator para que o tempo médio de residência da mistura reacional fosse suficiente tal que o rendimento esperado, com base nos dados obtidos pelo Matlab®, fosse obtido na saída do reator. O estudo reacional fluidodinâmico foi feito utilizando o software comercial ANSYS® versão 15.0. Duas configurações do reator foram propostas otimização, afim de tornar o processo o mais homogêneo possível, tentando atingir as configurações do reator de mistura perfeita. Os impelidores utilizados foram o tipo pás retas inclinadas e o ripo Ribbon (Âncora), afim de avaliar qual dos impelidores consegue o rendimento satisfatório com menor potência de operação. A potência requerida foi determinada através das equações para misturadores mecânicos, sendo avaliado apenas como variável a rotação das pás. / This work proposes a mathematical model to a reactor of CSTR-type (Continuous Stirred-tank reactor) starting from experimental data of the kinetics of transesterification of soybean oil and methyl acetate, with the catalyst enzyme, Candida Antarctica. A reactor volume was proposed for the average residence time of the reaction mixture was sufficient such that the expected yield, based on data obtained by Matlab, was obtained in the reactor outlet. The reaction fluid dynamic study was done using the commercial software ANSYS® version 15.0. The optimization of the reactor was proposed by comparing the reactor operation with two impellers separately in order to make the process more homogeneous as possible, trying to achieve the perfect blend of reactor configurations. The impellers used were the type inclined straight blades and Ribbon RIPO (Anchor), to determine which of the impellers can the satisfactory performance with lower power operation. The required power was determined by the equations for mechanical mixers, being rated only as a variable rotation of the blades

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-26T21:38:56Z No. of bitstreams: 1 VALÉRIO DE ARAÚJO GOMES - TESE PPGEQ 2017..pdf: 1988053 bytes, checksum: b420f6b012569ad3bbe40c4e9567f181 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-26T21:38:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VALÉRIO DE ARAÚJO GOMES - TESE PPGEQ 2017..pdf: 1988053 bytes, checksum: b420f6b012569ad3bbe40c4e9567f181 (MD5) Previous issue date: 2017 / O desenvolvimento de modelos matemáticos aplicados a simulação de dispersão de poluentes na atmosfera, utilizando fluidodinâmica computacional, tem sido cada vez mais intenso em função da evolução tecnológica das rotinas computacionais. Porém, o maior desafio ainda é o entendimento e a modelagem adequada dos fenômenos que caracterizam a dispersão quando ocorrem em regime turbulento. Para o fechamento dos termos que representam a turbulência, o modelo de duas equações k- padrão é o que mais largamente tem sido utilizado. Contudo, este é um modelo desenvolvido a altos números de Reynolds e apresenta limitações quando o escoamento ocorre próximo das paredes do domínio. Desta forma, quando os efeitos de escoamentos a baixos números de Reynolds devem ser levados em consideração (quando a viscosidade molecular não pode ser desprezada), funções amortecedoras devem ser inseridas resultando em uma espécie de k- para baixos números de Reynolds. Com isso, esta tese tem como objetivo apresentar o desenvolvimento de um modelo de dispersão atmosférica matemático, tendo como contribuição científica o desenvolvido de equações empíricas para definição da função amortecimento (𝑓µ) no cálculo da viscosidade turbulenta, em complemento as funções “paredes” utilizadas comumente pelos códigos computacionais comerciais, corrigindo desta forma o modelo k- padrão. Como ferramenta computacional, foi utilizado o software CFX® para as simulações fluidodinâmicas. Para validação do modelo, foram utilizados os dados do experimento de Copenhagen. Os índices estatísticos do modelo também foram comparados com os resultados de outras pesquisas encontradas na literatura. Os resultados mostraram que a metodologia proposta foi capaz de simular o experimento de campo com um nível bastante satisfatório, atingindo um erro quadrático médio normalizado (NMSE) de 0,02 e um fator de correlação (Cor) de 0,95. / The development of mathematical models, which simulate the dispersion of pollutants in the atmosphere using computational fluid dynamics, has been increasingly intense due to the technological evolution of computational routines. For the closure of the terms representing the turbulence, the model of standard two equations k- is the most widely used. However, when the effects of low Reynolds numbers should be considered (when molecular viscosity cannot be neglected), damping functions should be inserted resulting in a kind of k- for low Reynolds numbers. This thesis aims to present the development of a mathematical atmospheric dispersion model, whose scientific contribution is the development of empirical equations to define the damping function (𝑓�µ) in the calculation of turbulent viscosity, in addition the functions "walls" commonly used by commercial computer codes. As a computational tool, CFX® software has been used to perform fluid dynamics simulation. For the validation of the model, the data from the Copenhagen experiment were used. The statistical indices of the model were also compared with the results of other studies found in the literature. The results showed that the proposed methodology was able to simulate the field experiment with a very satisfactory level, reaching a normalized mean square error (NMSE) of 0.02 and a correlation factor (Color) of 0.95.

Bombas centrífugas são amplamente utilizadas na indústria do petróleo na técnica de elevação artificial de bombeio centrífugo submerso. O gás existente em alguns reservatórios de petróleo pode causar a degradação da altura de elevação destas bombas. A deterioração do desempenho indica uma menor capacidade para aumentar a pressão, o que reduz a taxa de produção do poço de petróleo e resulta em perdas econômicas. No entanto, a compreensão do comportamento da mistura de gás-líquido em bombas centrífugas é uma tarefa complicada que é praticamente inexplorada por métodos numéricos na literatura. Nesse sentido, este trabalho propõe um estudo numérico da dinâmica de uma bolha de gás no interior do primeiro estágio do rotor de uma bomba centrífuga radial. Para essa finalidade, uma abordagem de seguimento de partículas é empregada através de um programa de CFD comercial. O estudo tem por objetivo analisar a influência da força de arrasto, da força devido ao gradiente de pressão e da força de massa virtual atuando numa bolha que flui através do líquido no canal do rotor. Os resultados numéricos foram comparados com dados experimentais da literatura obtidos para o escoamento de água e ar, no mesmo modelo de bomba. A análise numérica mostrou uma maior influência das forças de arrasto e pressão nas trajetórias das bolhas isoladas. Variações da velocidade de rotação, vazão do líquido, diâmetro e posição da bolha mostraram a influência que essas variáveis causam na trajetória da bolha, favorecendo ou desfavorecendo sua saída do rotor. Além disso, o modelo numérico de CFD se mostrou ser uma ferramenta útil para analisar o movimento da bolha, o que muitas vezes é complicado de alcançar por métodos experimentais. Por fim, as informações extraídas são relevantes para o entendimento da física do problema que esta trás do fenômeno de surging, associado com a degradação do desempenho das bombas centrífugas. / Centrifugal pumps are widely used in the oil industry as the main component of the technique known as artificial lift by electric submersible pumping systems. The performance of those pumps as for their lifting capacity may however degrade due to the presence of reservoir gas. This performance degradation reduces a pump’s ability to increase the pressure levels, thus reducing a well’s production rate and therefore incurring economical losses. Yet, understanding the behaviour of the gas-liquid mixture inside a electric submersible pump is a rather complex task which is largely unexplored in the literature, as the scarcity of numerical methods aimed at modelling this behaviour attests. Therefore, the present work proposes a numerical study on the dynamics of a solitary bubble inside the rotor of the first stage of a radial electric centrifugal pump. A particle-tracking approach to accomplish that goal is used, by means of a commercial CFD package. This study aims at analysing the influence of the drag force, and the force due to the pressure gradient and the virtual mass force acting on a bubble flowing through the liquid in the rotating impeller channel. The results were compared to experimental data from the literature obtained for air-water flows through the same pump model. The numerical analysis showed the dominance of the drag and pressure forces on the trajectory of the solitary bubbles. Changes in radial speed, liquid flow rate, bubble diameter and position demonstrated the role those variables play on the bubble trajectory, favouring or disfavouring its exit from the rotor. Also, the numerical CFD model proved to be an useful tool to analysing the bubble movement, which is often difficult to obtain by means of experimental techniques. Finally, the gathered information are relevant to the understanding of the physics underlying the surging phenomenon associated with the degradation of the performance of centrifugal pumps.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-01T13:55:41Z No. of bitstreams: 1 MARCELLO MAIA DE ALMEIDA - TESE PPGEP 2004..pdf: 16341545 bytes, checksum: 6b12541c4495c47b84602868e8133365 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-01T13:55:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCELLO MAIA DE ALMEIDA - TESE PPGEP 2004..pdf: 16341545 bytes, checksum: 6b12541c4495c47b84602868e8133365 (MD5) Previous issue date: 2004-12-06 / Neste trabalho estudou-se inicialmente a secagem de fatias de goiabas cortadas no sentido polar da fruta, os resultados obtidos mostraram que o produto apresentou alterações desfavoráveis a comercialização, apresentando alteração significativa na cor, escurecimento, como também, na textura das fatias. Numa segunda etapa utilizou-se os processos combinados de leito fixo/leito de jorro e de leito fixo/leito fluidizado para a secagem de pedaços cúbicos de goiaba obtidos do mesocarpo da fruta. Inicialmente, fez-se um estudo fluidodinâmico dos pedaços cúbicos de goiaba em leito de jorro e leito fluidizado o qual mostrou a viabilidade do uso dessas técnicas, embora as propriedades físicas do material após pré-secagem em leito fixo tenham afetado sensivelmente a fluidodinâmica dos leitos, os quais sofreram modificações estruturais. No estudo fluidodinâmico em leito de jorro foram determinadas a velocidade mínima de jorro e a altura máxima capaz de manter o jorro estável. Os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com correlações da literatura e mostraram boa concordância. Em leito fluidizado determinou-se a velocidade de mínima fluidização experimental os resultados obtidos apresentaram boa com os determinados através de correlações empíricas. Posteriormente, realizou-se um estudo das propriedades físicas, propriedades térmicas e um estudo do equilíbrio higroscópico dos pedaços cúbicos da fruta. Os resultados encontrados da massa específica e do diâmetro mostraram que estes se enquadram na categoria D, segundo a classificação de Geldart, o que favorece a um jorro e fluidização incipiente. Em relação ao estudo do encolhimento dos cubos observou-se um comportamento linear com o volume par todos os níveis de umidade do produto durante a secagem. Contudo, para umidade de 1,5 em base seca, durante a secagem em leito de jorro, duas regiões bem distintas foram caracterizadas pela mudança na inclinação da curva. Em relação às propriedades térmicas estas apresentaram a mesma tendência, ou seja, aumentando com a elevação da umidade passando por um máximo correspondente ao máximo encontrado na massa específica. No estudo do equilíbrio higroscópico, observou-se que as isotermas, dentro da faixa de temperatura estudada, foram ajustadas ao modelo de Henderson apresentando um ajuste satisfatório, não se observando efeito da temperatura. No estudo da cinética de secagem utilizou-se o modelo difusional para esferas, truncado em quatro termos levando-se em conta o efeito do encolhimento, os resultados obtidos para leito fixo/leito de jorro ajustou bem os dados experimentais. Por outro lado, este modelo não prediz satisfatoriamente o comportamento da secagem em leito fixo/leito fluidizado haja vista o fator encolhimento não ter sido utilizado no modelo. O coeficiente de difusão efetivo para níveis de umidades mais elevados apresentaram a mesma ordem de grandeza para ambos os processos independente da altura do leito. A hipótese de controle difusional externo desprezível foi confirmada a partir do número de Biot de massa que foi muito elevado. O desempenho dos secadores foi realizado a partir da determinação das perdas de vitamina C e da eficiência de energética do processo. Verificou-se que a degradação do ácido ascórbico é mais acentuada em leito de fluidizado. Com relação a eficiência energética valores mais elevados foram encontrados em níveis de umidade mais acentuadas. De maneira geral, podemos afirmar que o sistema combinado de secagem de pedaços cúbicos de goiaba aponta de forma promissora para a produção de um novo produto obtido a partir de uma tecnologia simples, obtendo-se produtos com características adequadas à comercialização. / Initially, the objective of this work was to study the drying of whole guava slices cut in the fruit polar direction. The results pointed out that this process introduced adverse aspects for commercialization, such as significant alteration in color, darkness, and slices texture. Looking for a better product quality, studies on combined process fixed bed/spouted bed and fixed bed/fluidized bed for guava cubic pieces drying were performed in a second step. The guava slices were obtained by cutting the fruit pith in approximately 1cm cubic form. A fluid-dynamic study in spouted bed and fluidized bed showed the feasibility of this technique, although the physical properties of guava cubic pieces after pre-drying in fixed bed affected the fluid-dynamics behavior causing structural alteration. The minimum spouting velocity, the maximum spoutable height and the minimum fluidization velocity as well, were determined and the obtained results showed good agreement with literature correlations. In order to characterize the fruit cubic pieces, the physical properties, thermal properties and hygroscopic equilibrium were determined as a function of the moisture content. The results of density and diameter pointed out that the particles were classified as type D according Geldart. In such situation, one may expect a stable spouting with incipient fluidization. In relation to the study of the shrinking and deformation it was observed a linear volume contraction with the moisture reduction at all levels of product moisture content during drying, together with a rapid rounding of the cube vertices. Spite the linear behavior, two distinct regions, limited by 1,5 (db) moisture content, had been observed during the spouted bed drying, characterized by the change in the curve slope. The thermal properties, thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat, were measured as a function of moisture content. All three presented the same trend: it was observed a region of increasing value of the property with the moisture content with a maximum in the region of maximum density. The Henderson model was adjusted to the hygroscopic equilibrium isotherms; the results showed a good fitting and little effect of temperature was observed within the studied temperature range. A diffusional model for spheres was proposed to describe the drying kinetics. The Fick's solution, truncated in four terms of the series and including the shrinking effect, was used in the modeling. The fixed bed/spouted bed experimental data showed a good fitting whereas this model does not satisfactorily predict the drying behavior in the fixed bed/fluidized bed system. The failure in this case is probably due to the shrinking factor was not considered in the model for fixed/fluidized bed. The effective diffusion coefficient for high levels of moisture presented the same order of magnitude for both processes, independent of the bed height. The internal diffusional control hypothesis for the mass transfer was then confirmed by the high mass Biot number, calculated for both processes. The driers performance was evaluated by means of analysis of the vitamin C loss and process energetic efficiency. It was verified that the acid ascorbic degradation is more significant in the fluidized bed, probably due to the instable behavior of this configuration. With regard to the energy efficiency higher values were found for the highest moisture content levels. In general, it is concluded that the combined system fixed/spouted or fixed/fluidized bed drying of guava pieces is an expecting suitable process to obtain a new product by a simple technology, getting products with adequate characteristics to the commercialization.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-03T17:58:58Z No. of bitstreams: 1 JOSÉ MARIA DA SILVA - TESE PPGEP 2011..pdf: 14954492 bytes, checksum: 65314f6691011ab496ce3aa565991c1a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-03T17:58:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSÉ MARIA DA SILVA - TESE PPGEP 2011..pdf: 14954492 bytes, checksum: 65314f6691011ab496ce3aa565991c1a (MD5) Previous issue date: 2011-08-26 / O comportamento dinâmico do leito de jorro constituído de partículas deformáveis é de difícil predição devido às mudanças que acontecem durante a secagem desse tipo de material. Forma, tamanho, densidade e inclusive as propriedades térmicas afetam as variáveis fluidodinâmicas e a estabilidade do jorro. Neste trabalho foi estudada a evolução de importantes parâmetros fluidodinâmicos tais como: altura da fonte, altura do leito, variação de pressão, velocidade do ar e circulação de sólidos, durante a secagem de pedaços de goiaba em leito de jorro. No final dos experimentos foi realizado analise de vitamina Cea percentagem de reidratação. Os pedaços de goiaba, com forma inicial cúbica, e dimenções inicial em torno de lcm, foram processados em leito de jorro cônico-cilíndrico com coluna de acrílico de 0,25m de diâmetro e lm de altura e orifício de entrada do ar de 0,05m. Inicialmente os cubos de goiaba foram secados em leito fixo de modo a variar a umidade inicial no leito de jorro entre 0,6 e 1,6 na base seca. A temperatura de entrada do ar variou entre 47,9°C e 62,1°C. Os ensaios foram realizados de acordo com um planejamento experimental 2k mais três pontos centrais e 4 pontos axiais da configuração estrela. Os perfis radiais de taxas de circulação de sólidos foram medidos mediante uma sonda cilíndrica dotada de janelas de coleta de 1,2x2,7 cm. Foi observado que, com a redução da umidade, a circulação de sólidos, a altura da fonte e a velocidade do ar aumentam enquanto que a altura do leito e a variação de pressão diminuem. Os resultados obtidos confirmaram a forte influência na variação das propriedades ao longo do tempo sobre os parâmetros fluidodinâmicos, teor de vitamina C remanescente e percentagem de reidratação. Quanto à qualidade do produto obtido após secagem no leito de jorro foi encontrado que o teor de vitamina C variou entre 97 e 142 mg/g, a umidade ( na base seca) entre 0,19 e 0,37, apresentando de 58% a 68% de percentagem de reidratação. / The dynamic behavior of the spouted bed consisting of deformable particles is difficult to predict due to changes that occur during the drying of such materiais. Shape, size, density and thermal properties including fluid dynamics and variables affecting the stability of the stream. In this work we studied the evolution of important fluid-dynamic parameters: font height, bed height, variation of pressure, air velocity and solids circulation during the drying of guava pieces in spouted bed. At the end of experiments was performed to analyze the percentage of vitamin C and rehydration. The pieces of guava, with a roughly cubicai, and initial size of around lcm, were processed in spouted bed cone-cylindrical acrylic column of 0.25 m in diameter and lm in height and inlet air 0, 05m. The guava pieces were dried in prefíxed bed so as to vary the initial moisture in spouted bed between 0.6 and 1.60 on dry basis. The air inlet temperature ranged between 47.9 C and 62.1 ° C. The tests were performed according to a 2k factorial design plus three central points and 4 axial points of the star configuration. The radial profiles of solids circulation rates were measured by a cylindrical probe equipped with windows to collect 1.2 x2, 7 cm. It was observed that with the reduction of humidity, movement of solids, the font height and velocity of air increases while the height of the bed and the variation of pressure decrease. The results confirmed the strong influence of the variation of properties over time on the fluid-dynamic parameters, vitamin C and the remaining percentage rehydration. Concerning the product quality dried in spouted bed it was found a vitamin C content between 97 and 142 mg/g, moisture (d.b) between 0,19 and 0,37, showing a good rehydration capability in the range 58% to 69%.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A engenharia geotécnica é uma das grandes áreas da engenharia civil que estuda a interação entre as construções realizadas pelo homem ou de fenômenos naturais com o ambiente geológico, que na grande maioria das vezes trata-se de solos parcialmente saturados. Neste sentido, o desempenho de obras como estabilização, contenção de barragens, muros de contenção, fundações e estradas estão condicionados a uma correta predição do fluxo de água no interior dos solos. Porém, como a área das regiões a serem estudas com relação à predição do fluxo de água são comumente da ordem de quilômetros quadrados, as soluções dos modelos matemáticos exigem malhas computacionais de grandes proporções, ocasionando sérias limitações associadas aos requisitos de memória computacional e tempo de processamento. A fim de contornar estas limitações, métodos numéricos eficientes devem ser empregados na solução do problema em análise. Portanto, métodos iterativos para solução de sistemas não lineares e lineares esparsos de grande porte devem ser utilizados neste tipo de aplicação. Em suma, visto a relevância do tema, esta pesquisa aproximou uma solução para a equação diferencial parcial de Richards pelo método dos volumes finitos em duas dimensões, empregando o método de Picard e Newton com maior eficiência computacional. Para tanto, foram utilizadas técnicas iterativas de resolução de sistemas lineares baseados no espaço de Krylov com matrizes pré-condicionadoras com a biblioteca numérica Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation (PETSc). Os resultados indicam que quando se resolve a equação de Richards considerando-se o método de PICARD-KRYLOV, não importando o modelo de avaliação do solo, a melhor combinação para resolução dos sistemas lineares é o método dos gradientes biconjugados estabilizado mais o pré-condicionador SOR. Por outro lado, quando se utiliza as equações de van Genuchten deve ser optar pela combinação do método dos gradientes conjugados em conjunto com pré-condicionador SOR. Quando se adota o método de NEWTON-KRYLOV, o método gradientes biconjugados estabilizado é o mais eficiente na resolução do sistema linear do passo de Newton, com relação ao pré-condicionador deve-se dar preferência ao bloco Jacobi. Por fim, há evidências que apontam que o método PICARD-KRYLOV pode ser mais vantajoso que o método de NEWTON-KRYLOV, quando empregados na resolução da equação diferencial parcial de Richards. / Geotechnical Engineering is the area of Civil Engineering that studies the interaction between constructions carried out by man or natural phenomena with geological environment, which most of times is partially saturated soil. In this sense, work developing as stabilization, dam containing, retaining walls, foundations and highways are conditioned to a right prediction of water flow into the soil. However, considering the water flow, the studied region areas are commonly on the order of square kilometers, mathematical models solutions require computational meshes of large proportions, causing serious limitations linked to computational memory requirements and processing time. In order to overcome these limitations, efficient numerical methods must be used in the solution of the considered problem. Hence iterative methods for solving nonlinear and large sparse linear systems must be used in this type of application. In short, this study approached a solution to the Richard partial differential equation by the two dimensions finite volume method, bringing Picard and Newton method with greater efficiency. Linear system resolution iterative techniques based on Krylov space with pre-conditioners matrix were used. Portable Extensible Toolkit for Scientific Computation (PETSc) numerical library was a tool used during the task. The results indicate when a Richards equation is solved considering thr PICARD-KRYLOV method, no matter the soil evaluation model, the best combination for solving linear systems is the stabilized double gradient method and the SOR preconditioning. On the other hand, when the van Genuchten equations are used the gradients methods with the SOR preconditioning must be chosen. Adopting the NEWTON-KRYLOV method, the stabilized double gradient method is more efficient in soling Newton linear system, in relation to the preconditioning it must be giving preference to the Jacob block. Finally, there are strong indications that the PICARDKRYLOV method can be more effective than the NEWTON-KRYLOV one, when used for solving Richards partial differential equation.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-12T16:50:19Z No. of bitstreams: 1 GICELIA MOREIRA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 5021034 bytes, checksum: 457c2c52b8b0021ca9e6c10a53a0f200 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-12T16:50:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GICELIA MOREIRA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 5021034 bytes, checksum: 457c2c52b8b0021ca9e6c10a53a0f200 (MD5) Previous issue date: 2016-03-30 / Vazamento em oleodutos, além de prejuízos financeiros pode causar diversos danos ambientais, onde, o conhecimento dos fenômenos interfaciais de líquidos imiscíveis permite entender o processo de migração advectiva em dutos submarinos. Portanto, estas informações, possibilitam prever o comportamento e a forma geométrica da interface água-óleo e fornecer uma boa fundamentação fenomenológica no que diz respeito às teorias de perturbação, aos critérios de estabilidade e a modelagem matemática, bem como os padrões de escoamento nas vizinhanças do vazamento em dutos submersos. Diante disto, este trabalho, tem por objetivo estudar numericamente a influência do vazamento de óleo no mar a partir de duto submerso e vice-versa sobre o comportamento de fluidos. Para isso, adotou-se um modelo bidimensional com base nas equações de conservação de massa, momento linear e o modelo de turbulência k-ε padrão disponibilizado no Ansys CFX. O comportamento dinâmico do óleo e da água é representado com auxílio de campos de pressão, velocidade superficial e fração volumétrica de óleo e da água, vetores de velocidade. Os resultados das simulações indicam a presença de vazamento de óleo na correnteza marítima e de água para a corrente de óleo no tubo através do orifício de vazamento. / Leaks in pipelines, beyond financial losses can cause various environmental damage, where the knowledge of interfacial phenomena of immiscible liquids allows us to understand the advective migration process in subsea pipelines. Therefore, these informations allows to predict the behavior and geometrical form of water-oil interface and provide a good phenomenological foundation with respect to the theories of perturbation, the criteria of stability and the mathematical model as well as the flow patterns in around of the leakage starting from underwater pipelines. In view of this, this work aims to numerically study the influence of the oil leak in the sea starting from submerged pipe or the opposite about behavior of fluids. For this, it was adopted a two-dimensional model based on mass conservation and linear momentum equations and the k-ε standard turbulence model available in Ansys CFX. The dynamic behavior of oil and water is shown with the aid of pressure, superficial velocity and volumetric fraction fields of oil and water and velocity vectors. The simulation results indicate the presence of oil spills in sea water in the stream and the water for oil tube through of the orifice leakage.

CAPES / Bombas centrífugas são vastamente utilizadas em muitas aplicações industriais. O conhecimento de como estes componentes se comportam nas diversas aplicações é determinante para o desenvolvimento de sistemas de bombeamento eficientes e econômicos. A combinação de múltiplos rotores, difusores aletados e uma voluta podem apresentar características complexas no escoamento que em grande parte desviam-se da teoria de escoamento invíscido. Uma alternativa para extrair informações detalhadas do escoamento em bombas centrífugas, que forneçam subsídios para entender os fenômenos físicos envolvidos, é o uso da técnica numérica de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Neste cenário, no presente trabalho é desenvolvido um estudo numérico do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga de dois estágios (Imbil ITAP 65-330/2) com difusor aletado e uma voluta. As equações de conservação da massa e balanço da quantidade de movimento, que modelam o escoamento em bombas centrífugas, são resolvidas numericamente utilizando o programa comercial de CFD Ansys CFX, usando uma metodologia multi-bloco e transiente. A malha utilizada é estruturada em todo o domínio computacional. As simulações numéricas foram realizadas para o escoamento de água de um fluidos viscosificado para viscosidades variando entre 87 e 720 cP e para diferentes condições de vazão e rotação. Os resultados numéricos referentes ao desempenho global foram validados com dados experimentais obtidos por Amaral (2007) mostrando uma boa concordância, onde o erro médio foi de 6,8% para água. Foram analisados os comportamentos dos campos de escoamento, de velocidades e de pressão em função das condições de operação da bomba, no ponto de melhor eficiência e fora dela. De maneira geral os resultados obtidos atendem aos objetivos propostos e representam uma significativa contribuição ao estado da arte, devendo servir como referência para o desenvolvimento de estudos futuros. / Centrifugal pumps are vastly used in many industrial applications. Knowledge of how these components behave in several circumstances is crucial for the development of more efficient and, therefore, less expensive pumping installations. The combination of multiple impellers, vaned diffusers and a volute might introduce several complex flow characteristics that largely deviate from regular inviscid pump flow theory. Computational Fluid Dynamics can be very helpful to extract information about which physical phenomena are involved in such flows. In this sense, this work performs a numerical study of the flow in a two-stage centrifugal pump (Imbil ITAP 65-330/2) with a vaned diffuser and a volute. The flow in the pump is modeled using the software Ansys CFX, by means of a multi-block, transient rotor-stator technique, with structured grids for all pump parts. The simulations were performed using water and a mixture of water and glycerin as work fluids. Several viscosities were considered, in a range between 87 and 720 cP. Comparisons between experimental data obtained by Amaral (2007) and numerical head curves showed a good agreement, with an average deviation of 6.8% for water. The behavior of velocity, pressure and turbulence kinetic energy fields was evaluated for several operational conditions. In general, the results obtained by this work achieved the proposed goals and are a significant contribution to the understanding of the flow studied.

CAPES / Bombas centrífugas são vastamente utilizadas em muitas aplicações industriais. O conhecimento de como estes componentes se comportam nas diversas aplicações é determinante para o desenvolvimento de sistemas de bombeamento eficientes e econômicos. A combinação de múltiplos rotores, difusores aletados e uma voluta podem apresentar características complexas no escoamento que em grande parte desviam-se da teoria de escoamento invíscido. Uma alternativa para extrair informações detalhadas do escoamento em bombas centrífugas, que forneçam subsídios para entender os fenômenos físicos envolvidos, é o uso da técnica numérica de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Neste cenário, no presente trabalho é desenvolvido um estudo numérico do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga de dois estágios (Imbil ITAP 65-330/2) com difusor aletado e uma voluta. As equações de conservação da massa e balanço da quantidade de movimento, que modelam o escoamento em bombas centrífugas, são resolvidas numericamente utilizando o programa comercial de CFD Ansys CFX, usando uma metodologia multi-bloco e transiente. A malha utilizada é estruturada em todo o domínio computacional. As simulações numéricas foram realizadas para o escoamento de água de um fluidos viscosificado para viscosidades variando entre 87 e 720 cP e para diferentes condições de vazão e rotação. Os resultados numéricos referentes ao desempenho global foram validados com dados experimentais obtidos por Amaral (2007) mostrando uma boa concordância, onde o erro médio foi de 6,8% para água. Foram analisados os comportamentos dos campos de escoamento, de velocidades e de pressão em função das condições de operação da bomba, no ponto de melhor eficiência e fora dela. De maneira geral os resultados obtidos atendem aos objetivos propostos e representam uma significativa contribuição ao estado da arte, devendo servir como referência para o desenvolvimento de estudos futuros. / Centrifugal pumps are vastly used in many industrial applications. Knowledge of how these components behave in several circumstances is crucial for the development of more efficient and, therefore, less expensive pumping installations. The combination of multiple impellers, vaned diffusers and a volute might introduce several complex flow characteristics that largely deviate from regular inviscid pump flow theory. Computational Fluid Dynamics can be very helpful to extract information about which physical phenomena are involved in such flows. In this sense, this work performs a numerical study of the flow in a two-stage centrifugal pump (Imbil ITAP 65-330/2) with a vaned diffuser and a volute. The flow in the pump is modeled using the software Ansys CFX, by means of a multi-block, transient rotor-stator technique, with structured grids for all pump parts. The simulations were performed using water and a mixture of water and glycerin as work fluids. Several viscosities were considered, in a range between 87 and 720 cP. Comparisons between experimental data obtained by Amaral (2007) and numerical head curves showed a good agreement, with an average deviation of 6.8% for water. The behavior of velocity, pressure and turbulence kinetic energy fields was evaluated for several operational conditions. In general, the results obtained by this work achieved the proposed goals and are a significant contribution to the understanding of the flow studied.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A presente tese e voltada à investigação da dinâmica das partículas em um riser de leito fluidizado circulante (CFB). Os leitos fluidizados sao comumente encontrados em aplicações de diversas areas industriais, como na secagem e revestimento de partículas, na polimerizaçao, na combustao e gaseificacao de carvão ou biomassa, no craqueamento catalítico de gasóleo. Dada a importancia da compreensão fenomenologica dos mecanismos que ocorrem nestes equipamentos, este trabalho utiliza de experimentacães física material e numerica para investigar, descrever e prever o escoamento gas-solido ascendente em escala piloto. Para isso, a Unidade Piloto de Riser e Ciclones foi projetada e construída, bem como seu controle e sistema de medicão optica, a Anemometria por Efeito Doppler (PDA). O escoamento tambem foi avaliado por Fluidodinamica Computacional, como um segundo pilar sobre o qual a presente tese esta suportada, atraves da solucao de um modelo matematico euleriano-lagrangeano transiente de partícula pontual, que considera colisães entre partículas e delas com paredes rugosas do riser, implementado no codigo UNSCYFL3D. Os resultados de ambas simulacoes física material e numerica dos estudos de caso propostos, evidenciaram a formaçcaão de estruturas de macro e mesoescala, derivadas de efeitos geometricos e fluido dinâmicos, respectivamente. Ocorre segregacao do escoamento da fase sólida na base do riser e recirculacao no topo, devido a saída em T. A PDA evidenciou: a formacao da estrutura core-annulus desde a alimentacao das partículas nos maiores carregamentos, a tendâencia de segregaçcãao radial e axial de diametros de partículas e a deposiçao nas regioes próximas à parede, onde as partículas tem maior flutuacao de velocidade. As soluçoes numericas indicaram pouca influencia das forcas de Saffman e Magnus, porem grande influencia da rugosidade da parede e do efeito da turboforese. O modelo matematico foi comparado frente as mediçoes físicas, mostrando bom grau de validacao para concentraçao de partículas no centro do riser e para velocidade axial media das partículas. / This thesis is focused on the particle phase dynamics in a circulating fluidized bed riser (CFB). Fluidized beds are commonly encountered in many industrial applications such as drying and coating of particles, polimerizations, combustion and gasification of coal and biomass, gasoil fluid catalytic cracking. Given the importance of the physical understanding about CFBs, in this work experiments and simulations are carried out to explore, describe and predict the upward gas-solid flow in pilot scale. Therefore, the Pilot Unit of Riser and Cyclones was designed and built, as well as its control and optical measuring systems, the last one by using Phase Doppler Anemometry (PDA). Besides that, the flow was solved by Computational Fluid Dynamics, as the second pillar on which this thesis is based, through the solution of an Eulerian-Lagrangian unsteady point-particle model, with inter-particles collisions and impact on rough walls, implemented on the in-house code UNSCYFL3D. The results from both experiments and simulations have shown the macro- and meso-scale structures formation, caused by geometrical and fluid dynamics effects, respectively. Particle phase flow segregation occurs near the particle inlet and also recirculation at the top of the riser, due to the T shape outlet. The PDA results show the core-annulus structure formation from the bottom of the riser in the higher mass loadings, the tendency of radial and axial segregation of particle diameters and the particle deposition near the riser wall, where the discrete phase has higher velocity fluctuations. On the other hand, the simulation results show little influence of Saffman and Magnus forces over the particles flow, however great impact of the roughness wall model and of the turbophoresis effect. About the model validation, good agreement is found mainly to particle concentration at the riser centre and to the particle phase axial velocity. / Tese (Doutorado)