Orientador: Vicente Luiz Scalon / Banca: Antonio Luiz Pacifico / Banca: Alcides Padilha / Resumo: O ar-condicionado tem-se tornado um dos grandes responsáveis pelo aumento da demanda de energia elétrica no Brasil e no mundo, pois com o desenvolvimento econômico combinado a redução de preço dos equipamentos de ar-condicionados, mais residências e comércios os utilizam em busca de conforto térmico. Mas o uso pode acarretar em um aumento considerável na conta de energia, já que o ar-condicionado é o aparelho doméstico com alto consumo de energia. A solução imediata apontada por Sivak (2009) e Shan et al. (2013) para que o crescimento do uso de arcondicionado não provoque uma crise energética no mundo seria desenvolver aparelhos com a mesma qualidade de refrigeração dos atuais, mas que consumiriam bem menos energia. O aparelho mais utilizado em residências, pequenos comércios e escritórios, é o split system, com o evaporador do tipo Hi-wall, equipamento que tem algumas limitações em relação a sua distribuição de ar, que provoca bolsões de ar quente e frio no mesmo ambiente, além de provocar desconfortos localizados. O controle desse evaporador é baseado na temperatura de retorno, ou seja, se a temperatura no retorno não atingir a temperatura estabelecida o mesmo opera em sua potência máxima por um tempo maior que o necessário, desperdiçando assim energia elétrica, ou a temperatura pode ser alcançada antes no retorno do que no ambiente, provocando assim desconforto térmico por mais tempo. Assim, será proposta neste trabalho uma solução numérica, utilizando um código CFD, a par... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Air conditioning has become one of the main factors responsible for the increase in the electric demand in Brazil and in the world, since with economic development combined with the price reduction of air conditioning equipment, more residences and businesses use them to reach thermal comfort. But the use can lead to a considerable increase in the energy bill, since air conditioning is the household appliance with a high energy consumption. The immediate solution pointed out by Sivak (2009) and Shah et al. (2013), so that the growth of the use of air conditioning does not cause an energy crisis in the world, would be to develop devices with the same quality of refrigeration of the present, but that would consume much less energy. The most commonly devices used in residence, small shops and offices, are Split System, whit a high wall as internal unit, this evaporator has some limitations in the air distribution, which causes hot and cold zones in the same environment, as well as causing localized discomfort. The evaporator control is based on the return temperature, so if the return temperature does not reach the set temperature, the Air Conditioner will operate at its maximum power for a time longer than necessary, thus wasting electrical energy or the set temperature can be reached before in the evaporator than in the environment, thus causing thermal discomfort for longer. Thus, a numerical solution, using a CFD code, will be proposed using the energy-difference equations c... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Nos últimos anos, as legislações ambientais têm se tornado mais rigorosas em relação aos limites de emissão de dióxido de enxofre, provenientes das refinarias de petróleo e das industrias químicas. A recuperação de enxofre, através do processo Claus, é o padrão da industria na redução das emissões de SO2 de efluentes gasosos ricos em H2S. Basicamente o processo consiste de duas etapas em série: uma térmica e outra catalítica. A cinética do processo é limitada, devido à natureza de suas reações principais que tendem ao equilíbrio, por isto, uma unidade de recuperação de enxofre com três reatores catalíticos, por exemplo, tem uma capacidade teórica de recuperar 98% de enxofre do gás ácido. A fase térmica do Processo Claus, é responsável por 60 a 70% da conversão total de enxofre, mas apesar disto, tem sido pouco estudada e ainda hoje a maior parte dos modelos disponíveis para projeto de novas plantas ou otimização das existentes, são baseados em relações de equilíbrio ou em equações empíricas. Esses modelos têm se mostrados insuficientes para atender às novas exigências de eficiência das unidades de recuperação de enxofre, uma vez que não consideram fatores fluidodinâmicos e as limitações cinéticas das reações envolvidas nos processo de combustão. O objetivo deste trabalho é o estudo da fase térmica do Processo Claus, utilizando como técnica de modelagem a fluidodinâmica computacional (CFD), através do programa CFX-5.6. Também são incorporados os mais recentes avanços na modelagem cinética das reações: Claus, oxidação e pirólise do H2S, formação de COS e CS2. Para isto, são modelados 4 tipos diferentes de queimadores, operando em câmaras de combustão de mesmo tamanho e nas mesmas condições de processo. / Over the last years the environmental legislations have become more severe with respect to the limits of SO2 emission that are produced by the petroleum refining and chemical industries. The sulphur recovery, through the Claus process, is the industrial standard reducing the SO2 emission in the effluents gases that are rich in H2S . Basically, the process is composed by two sequential phases: one is thermal, and the other one is catalytic. The process kinetics are limited, due to the intrinsic nature of the main reactions to tend to the equilibrium, therefore, a sulphur recovery unit with three catalytic reactors, for instance, has the theoretical capacity to recover 98% of the sulphur from the acid gas. The thermal phase of the Claus process is responsible for 60 to 70% of the total sulphur conversion, however, it has not been fully investigated, and up to now, most of the existent models for designing new plants or optimisation of the current ones, are based in equilibrium reactions or empirical equations. These models have been insufficient to meet the new efficiency requirements of the sulphur recovery plants, as far as fluid dynamic factors and kinetic limitations of the reactions involved are not considered in the combustion process. The objective of this work is to study the thermal phase of the Claus process, using computational fluid dynamics (CFD) as a modelling technique through CFX-5.6 software. In addition, the most recent advances in kinetics modelling of the reactions are also incorporated: Claus reaction, oxidation and pyrolysis of the H2S, formation of COS and CS2. Four different types of burners are simulated, with a combustion chambers of the same size and even processing conditions.

Orientador: Henry França Meier. / Coorientador: Lucio Cardozo Filho. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Marcela Kotsuka da Silva Câmara Bastos. / Coorientador: Henry França Meier. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Henry França Meier. / Coorientador: Leonardo Machado da Rosa. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Lisiane Fernandes de Carvalho. / Coorientador: Leonardo Machado da Rosa. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Henry França Meier. / Coorientador: Waldir Pedro Martignoni. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Maurício Araújo Zanardi / Coorientador: José Antônio Perrella Balestieri / Coorientador: Andreas Kempf / Banca: Alex Mendonça Bimbato / Banca: Márcio Teixeura Mendonça / Resumo: O motor de combustão interna é a principal fonte de energia de automóveis, sendo de grande importância para o setor de energia no mundo. Com o aparecimento de problemas relacionados com a emissão exagerada de poluentes e gases de efeito estufa, o desenvolvimento de modelos que corretamente descrevem os fenômenos físicos que ocorrem no interior da câmara de combustão de motores tornou-se relevante. Assim, na primeira parte deste trabalho a biblioteca de modelos de fonte aberta de dinâmica de fluidos computacional (CFD) OpenFOAM com módulos desenvolvidos na Universidade de Duisburg-Essen foi utilizada para investigar o efeito do volume das fendas no desenvolvimento da combustão em motores convencionais com ignição por centelha. As simulações de grandes escalas (LES, large eddy simulation) realizadas foram validadas com visualizações de câmeras de alta velocidade obtidas do motor óptico de Duisburg, que mostraram a presença de uma frente luminosa no interior da fenda anular que poderia ser associada a uma chama se propagando. Os resultados apresentados mostraram boa concordância qualitativa com os dados experimentais, o que permitiu concluir que no caso do motor de Duisburg, a chama é realmente capaz de penetrar no volume da fenda. Em seguida, um estudo sobre sprays combustíveis foi realizado, por se tratar de uma tendência muito promissora em motores modernos. Atenção especial foi dada aos fenômenos de conservação de momento, ruptura, evaporação e mistura do caso de teste "Spray G" da rede de combustão em motores (ECN, engine combustion network). Os processos de ruptura e evaporação foram investigados e simulados, sendo os resultados interpretados de acordo com os modelos utilizados. O comprimento de penetração foi validado com experimentos e uma boa concordância foi atingida. Finalmente, um estudo de sensibilidade da malha foi realizado e seus resultados apresentados e discutidos / Abstract: The internal combustion engine is the major energy source of automobiles and is of large importance for the energy sector worldwide. As problems related to exaggerated pollutant and greenhouse gases emissions emerged, the development of models to correctly describe the physical phenomena taking place inside the combustion chamber of engines became relevant. Thus, in the first part of this work the open source CFD library OpenFOAM with modules developed at the University of Duisburg-Essen was used to investigate the effect of the crevice volume on the performance of the combustion in port fuel injection spark ignition engines. The LES (large eddy simulation) simulations were validated against high speed flame visualization obtained from the Duisburg optical engine, which showed the presence of a luminous front inside the top land crevice that could be a wrinkled flame. The presented results showed good qualitative agreement with the experimental data, which allowed the conclusion that in the case of the Duisburg engine, the flame indeed penetrates into the crevice volume. Furthermore, a study on fuel sprays was performed, since this is a very promising trend related to modern engines. Special attention was given to the phenomena of momentum exchange, droplet breakup, evaporation and mixture from the test case "Spray G" provided by the Engine Combustion Network (ECN). The processes of droplet breakup and evaporation were investigated and simulated, being the results interpreted according to the models used. The penetration length was validated against experiments and good agreement was obtained. Finally, a mesh sensitivity study was performed and the results presented and discussed / Mestre

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:35:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2688.pdf: 3455173 bytes, checksum: 09d9d38c8a13d7dda1da178036013eeb (MD5) Previous issue date: 2009-10-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The aim of this study was to analyze the fluid dynamic of the fluidized and vibrofluidized beds with particles with diameter under 1.00 mm, and also to analyze the fluid dynamic behavior of wet beds and the drying of different liquids and suspensions during the transient drying period. The purpose of these tests is to obtain relevant information about the influence of vibration and also to investigate some issues related to the dimensionless vibration number (&#915;), which has been used and understood in a controversial way by the scientific community. The fluid dynamic and drying experiments were conducted in a fluidized/vibrofluidizad column with diameter equal 0.014 m and high 0.50 m. The analysis of fluid dynamic was performed with particles of 463 and 780 &#956;m, under different vibrational conditions. Drying and wet fluid dynamic experiments were carried out with particles of 2.19 mm, with the following liquids and pastes: distilled water, sewage sludge, skim milk and calcium carbonate solutions with solid concentration of 3%, 6% and 9%.. Drying essays were conducted at different paste feed rates and under air velocity equal to1.33 and 1.55 m / s, and temperatures of 80 and 100 ° C. Two vibration conditions yielding a constant vibration number (&#1043; = 4.0) were tested: one with A = 0.003 m and f = 18.20 Hz and other with A = 0.015 m and f = 8.14 Hz. In fluid dynamic tests with particles of dp< 1.00 mm, the characteristic curves were obtained from the classical methodology were analyzed aiming at identifying the influence of the particle size and vibrational on the pressure drop and minimum fludization velocities. For the wet beds was evaluated the dynamic behavior of dimensionless pressure drop and dimensionless air inlet velocity, while in drying experimens the behavior of air relative humidity, absolute humidity, powder production rate, powder moisture content and energy efficiency was assessed. The results obtained show that the use of vibration together with fluidized air may result in significant improvement of the bed dynamics, thus enhancing the drying conditions. They evidenced also that the use of different combinations of frequency and amplitude values to yield a same vibration number may result in very different dynamic behavior in vibrofluidized beds. As a consequence, variables associated to drying such as air relative and absolute humidity, powder production rate and energy efficiency were affected by vibration conditions. To fully characterize the vibration conditions, the value of &#1043; should be informed together with either the amplitude or frequency of vibration. / O objetivo do presente trabalho foi realizar uma análise fluidodinâmica detalhada dos leitos fluidizado e vibrofluidizado operando com partículas de diâmetro inferior a 1 mm e também analisar a secagem e fluidodinâmica do leito úmido com água e três diferentes pastas (lodo de esgoto, leite desnatado e carbonato de cálcio em três concentrações de sólidos) durante o período transiente. O intuito destas análises foi obter informações relevantes acerca da influência da aplicação da vibração em um leito de secagem bem como compreender melhor algumas questões referentes ao adimensional de vibração (&#915;), o qual vem sendo utilizado e entendido de maneira controversa pela comunidade científica. Os experimentos fluidodinâmicos e de secagem foram conduzidos em leito fluidizado/vibrofluidizado com 0,114 m de diâmetro e 0,50 m de altura. As análises fluidodinâmicas foram realizadas com partículas de vidro de 463 e 780 &#956;m e sob diferentes condições vibracionais, com &#1043; variando do 0,0 a 3,0, sendo que cada um deles foi obtido através de 4 diferentes combinações entre amplitude e freqüência de vibração. A secagem e fluidodinâmica do leito úmido foram investigadas com partículas de vidro de 2,19 mm. As pastas utilizadas neste estudo foram constituídas por água destilada, lodo de esgoto doméstico, leite desnatado e carbonato de cálcio em três diferentes concentrações de sólidos. A operação de secagem foi conduzida em diferentes vazões de alimentação de pasta e sob duas condições de velocidade do ar de secagem (1,33 e 1,55m/s), duas temperaturas (80 e 100º C) e duas condições vibracionais, para um mesmo adimensional de vibração (&#915; = 4,00), A = 0,003 m com f = 18,20 Hz e A = 0,015 m com f = 8,14 Hz. Nos ensaios fluidodinâmicos com partículas de diâmetro inferior a 1 mm foram analisadas as curvas características obtidas por meio da metodologia clássica avaliando a influência do tamanho da partícula e das diferentes condições vibracionais impostas. Para os ensaios fluidodinâmicos em leitos úmidos foram analisados os adimensionais de queda de pressão e velocidade do ar de secagem, enquanto que para a secagem foram avaliadas a umidade relativa, umidade absoluta, taxa de produção, conteúdo de umidade e eficiência energética. Com os resultados obtidos neste trabalho pôde-se observar que a utilização da vibração aliada à ação pneumática do leito fluidizado pode ocasionar melhorias significativas na dinâmica do leito, proporcionando condições mais favoráveis para a secagem. Além disso, para um mesmo adimensional de vibração, obtido por meio de diferentes combinações entre amplitude e freqüência vibracional, observaram-se resultados distintos para a fluidodinâmica, umidade relativa, umidade absoluta, taxa de produção de pó seco e eficiência de secagem. Com isso, podese dizer que o parâmetro &#915; não tem características universais, portanto, deve ser sempre informado conjuntamente com a amplitude de vibração ou freqüência de vibração.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-25T04:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344688.pdf: 1774238 bytes, checksum: eca4a5e907f9467f830c24ac1dc046d9 (MD5) Previous issue date: 2016 / A utilização de nanopartículas tem recebido especial atenção devido às suas propriedades físicas e químicas e diversas aplicações. No campo da engenharia química, os nanomateriais tem aplicação fundamental no desenvolvimento de catalisadores e em revestimentos nanoestruturados aplicados a sensores. Nesse sentido, a tecnologia de reatores de chama tem-se mostrado uma via atrativa e de alto rendimento para a síntese de nanopartículas com propriedades e funcionalidades sofisticadas. A fabricação de nanofilmes pela deposição das nanopartículas provenientes da fase gasosa é uma abordagem promissora e, nesse aspecto, técnicas de expansão do fluxo, em particular, o uso de lentes aerodinâmicas, apresentam uma série de vantagens que auxiliam no seu processo de deposição. Contudo, para promover uma elevada taxa de produção sem comprometer as características finais das nanopartículas, uma compreensão da sua dinâmica e síntese é necessária. Através da resolução numérica das equações que governam os fenômenos envolvidos na síntese e deposição das nanopartículas, pode-se obter muitas informações a respeito da distribuição e transporte das variáveis de interesse, bem como os parâmetros geométricos que afetam o funcionamento do reator e as características dos nanomateriais formados. Neste trabalho é apresentada a investigação numérica do comportamento fluidodinâmico do processo de formação e deposição de nanopartículas em reator de chama de difusão acoplado ao sistema de lentes aerodinâmicas. A performance do sistema foi investigada através da análise dos perfis de velocidade, temperatura e concentração das espécies químicas, a fim de validar os dados experimentais e fornecer informações sobre o processo. Através da alteração da geometria do sistema, diferentes configurações foram avaliadas com o objetivo de determinar o funcionamento ideal do reator para a deposição das partículas. Os resultados mostram que o sistema de lentes aerodinâmicas é capaz de restringir o fluxo principal a uma região muito estreita em comparação ao reator de chama sem lentes, sendo esta uma característica essencial para o controle da deposição das nanopartículas e para o desenvolvimento de nanomateriais com novas propriedades funcionais e estruturais.<br> / Abstract : The nanoparticles use has received particular attention due to their physical and chemical properties and various applications. In the chemical engineering field, the nanomaterials have an important application in the development of catalysts and nanostructured coatings applied to sensors. Thus, the flame reactor technology has shown to be an attractive route with high performance for the synthesis of nanoparticles with sophisticated properties and functions. The nanofilms manufacturing by the deposition of nanoparticles from a gas phase is a promising approach and, in this sense, the flow expansion technique, in particular the use of aerodynamic lenses, shows many advantages, which help their deposition process. However, to promote a high production rate without compromising the final characteristics of the nanoparticles, an understanding of their synthesis and dynamic is required. Through the numerical solution of the equations that govern the main phenomena involved in the nanoparticles synthesis and deposition, a lot of information about the distribution and transport of the interest variables can be obtained, as well the geometric parameters that affect the reactor operation and the nanomaterials characteristics. This paper presents the fluid dynamic numerical investigation of the nanoparticle formation and deposition process in a diffusion flame reactor coupled to an aerodynamic lens system. The system performance was investigated by the analysis of the velocity, temperature and chemical species concentration profiles to validate the experimental data and provide information about the process. Changing the system geometry, different configurations were evaluated in order to determine the optimal reactor operation mode for the nanoparticle deposition. The results show that the aerodynamic lens system is able to restrict the main flow to a much narrow region when compared to the flame reactor without lenses, being this an essential feature to control the deposition of the nanoparticles and to development of new nanomaterials with structural and functional properties.