Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4643.pdf: 11178307 bytes, checksum: b2f19d45bb0943c68a36e0794b2f1f11 (MD5) Previous issue date: 2012-08-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The radial and axial distributions of coarse solids when fed directly in a riser are unknown, despite this type of feeding is very important for drying and preheating of solids during conveying. In this context, this thesis focused on studying the diluted conveying of coarse solids in a riser that was fed by a Venturi feeder in vertical orientation. Experiments were done with particles of 1mm averaged diameter conveyed in a riser (5.32cm of diameter) to obtain the mass loading ratio used in simulations. The assays also made pressure data available to verify the simulations. Eulerian simulations using models based on kinetic granular theory were done. The main goal was to evaluate solids distribution in gas-solid flow for this type of system. The 2D simulations were used to get a stable pattern downstream the feeder after the development length. However, the solid feeding structures generated near feeding percolated the entire riser and, as a consequence, there was no stable pattern. As a consequence, no pattern was found to represent solid phase behavior, since the axial symmetric assumption is invalid for the Venturi feeder. Therefore, only 3D simulations can be used to study asymmetric feeding for the conditions applied, even for a relatively long riser with small diameter. Experimental pressure data was approximately predicted by 3D simulations and prediction was better as the mesh was refined. However, the refined meshes applied in shorter risers to decrease computational effort showed the same solid flow behavior that was seen in the coarser mesh. The 3D simulations showed that there were clusters in the entire experimental riser. Moreover, clusters were generated by solid phase flow near feeding and some of them percolated the entire riser while mixing others. In addition, simulations showed that the bypass region on feeding is in the opposite side from feeding pipe. / As distribuições radial e axial de material particulado grosseiro em trecho vertical com alimentação nesta mesma orientação são desconhecidas. Tendo em vista a importância desta configuração para aplicações de secagem e préaquecimento de sólidos na indústria, foi analisado o comportamento do escoamento gás-sólido em transporte pneumático diluído alimentado diretamente em trecho ascendente utilizando-se um dispositivo Venturi. Para tanto, a tese apresenta simulações eulerianas com modelos baseados na teoria cinética granular do escoamento gás-sólido em um trecho vertical. Simulações com hipótese de simetria axial (bidimensionais) e tridimensionais foram realizadas. A razão mássica de carga utilizada nas simulações foi obtida em ensaios experimentais com transportador de mesmas dimensões que as simuladas. Apesar de a simetria axial ser inválida para o alimentador em questão, as simulações bidimensionais foram realizadas com o objetivo de encontrar um padrão radial de escoamento para regiões que se afastassem da alimentação. No entanto, avaliou-se que a alimentação influía nos campos escalares de fração de sólidos das soluções numéricas para comprimentos relativamente longos. Assim, somente simulações tridimensionais puderam ser usadas para analisar o escoamento até a altura simulada para o alimentador em questão. As simulações tridimensionais mostraram a existência de uma série de agrupamentos de sólidos ao longo do trecho ascendente. As condições para a formação desses agrupamentos originavam-se da própria alimentação de sólidos. Na ausência de dados experimentais com relação aos detalhes da fluidodinâmica da fase sólida, foram obtidos resultados de pressão ao longo de um transportador pneumático para verificação experimental das simulações. O perfil de queda de pressão obtido na simulação tridimensional aproximou-se dos resultados experimentais. Além disso, o refinamento de malha reduziu os desvios comparativos de perda de pressão na alimentação. Devido à redução dos desvios experimentais, dois refinamentos de malha foram realizados. Ambos verificaram a formação de agrupamentos obtida com a malha grosseira.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRVD.pdf: 5637129 bytes, checksum: f862b426d686fd352a79713f21cb585f (MD5) Previous issue date: 2005-11-25 / Vibro-fluidized beds with inert particles as fluidizing medium have been appearing as an innovative technique for drying of suspensions and pastes. Aiming to contribute for the comprehension of phenomena involved in such processes, an investigation of fluid dynamic behavior of a vibro-fluidized (and also of a fluidized) bed with inert particles was carried out in this work. Glycerol was employed to wet the inert particles and then simulate the presence of a liquid paste into the bed. The purpose of the present work is to obtain a detailed investigation of the effects of amplitude, frequency of vibration, dimensionless vibration number, degree of liquid saturation, and of the particle size and density on the fluid dynamic behavior of the bed. The research included also an experimental investigation on the effects of the particle size distribution on the dynamic of inert particles into the fluidized, vibrated and vibro-fluidized beds, with an evaluation of size segregation patterns. The experiments were divided into three groups: in the first one, preliminary fluid dynamics tests were carried out; in the second one, the fluid dynamic behavior of fluidized and vibro-fluidized beds was investigated, and in the last one, the effects of particle size distribution on the dynamics of fluidized, vibrated and vibro-fluidized beds were verified. The experimental apparatus used in the tests was a vibro-fluidized bed constituted of a glass chamber, with a 0.114 m diameter cylindrical section, thickness of 0.003 m and height of 0.50 m. Ballotini spherical glass beads (ρp =2,500 kg/m3), with mean diameters from 1.10x10-3 to 17.00x10-3 m, polypropylene spheroids (ρp = 935 kg/m3) with mean diameters of 2.60x10-3 and 3.67x10-3 m and elliptical cylinders of polystyrene (ρp = 1,050 kg/m3) with equivalent diameter (volumetric diameter) of 2.51x10-3 m, were used as inert particles. The bed was operated under dimensionless vibration numbers from 0.00 to 6.00, for amplitudes varying from 0.000 to 0.021 and frequencies of vibration from 0.00 and 18.20 Hz. Glycerol saturation degrees (defined as the ratio between volume of glycerol and volume of voids in the fixed bed) varied from 0.0000 and 0.0072. The glycerol was employed to simulate the presence of a liquid fed into the bed in a batch mode, since it practically does not evaporate under the conditions of present work. Identical values of dimensionless vibration numbers (Γ) were obtained using different combinations of amplitudes (A) and frequencies of vibration (f), aiming to verify the universality of such a parameter to describe vibration characteristics of a vibro-fluidized bed. Four types of size distribution models were used in the investigation of the effects of the particle size distribution on the dynamics of vibro-fluidized beds: binary, flat, Gaussian and a reference one, all of them with a mean Sauter diameter of 2.18x10-3 m. In the range of experimental conditions investigated, it was observed that the dimensionless vibration number does not fully characterize the fluid dynamic behavior of the vibrated systems. Some degree of particle agglomeration was always observed in the presence of glycerol, yielding to an irregular and poor fluidization. The use of vibration in such cases improved the particle circulation in the bed, thus reducing the agglomeration and minimizing the formation of channelling. When specific particle size distributions were adopted for fluidization, some size segregation pattern was observed in almost every case. In the fluidized bed, the smallest particles stayed at the top of the column, while in the vibrated one the largest particles tended to concentrate at the top. In a vibro-fluidized bed under short amplitude of vibration (0.003 m), some segregation was noted but in a less extent than that observed in the fluidized bed at similar conditions. At high amplitude of vibration (0.009 m), no size segregation was detected. / Os leitos vibrofluidizados que utilizam partículas inertes como meio para fluidização estão se destacando como uma nova alternativa para a secagem de pastas e suspensões. A fim de contribuir para a compreensão dos fenômenos envolvidos neste processo, neste trabalho foi efetuada uma investigação do comportamento fluidodinâmico do leito vibrofluidizado (e fluidizado), constituído de partículas inertes e utilizando o glicerol para simular a presença de um líquido. O propósito desta pesquisa é efetuar uma investigação detalhada dos efeitos da amplitude, da freqüência, do adimensional de vibração, do grau de saturação de líquido, do tamanho e da densidade das partículas inertes sobre o comportamento fluidodinâmico do leito. De forma complementar, realizar um estudo experimental da influência da distribuição granulométrica sobre o comportamento dinâmico das partículas inertes no leito fluidizado, vibrado (sem escoamento de ar) e vibrofluidizado, avaliando-se também o fenômeno da segregação. Os experimentos foram divididos em três conjuntos: no primeiro realizou-se ensaios fluidodinâmicos preliminares; no segundo, analisou-se o comportamento fluidodinâmico do leito fluidizado e vibrofluidizado e, no terceiro, estudou-se o efeito da distribuição de partículas sobre a dinâmica dos leitos fluidizado, vibrado e vibrofluidizado. O equipamento utilizado foi um leito vibrofluidizado composto por uma câmara de vidro, com seção circular de 0,114 m de diâmetro, 0,50 m de altura e 0,003 m de espessura. As partículas inertes utilizadas nos ensaios fluidodinâmicos preliminares foram esferas de vidro do tipo ballotini (ρp = 2.500 kg/m3), com diâmetros médios entre 1,10x10-3 e 17,00x10-3 m, esferóides de polipropileno (ρp = 935 kg/m3) com diâmetros médios de 2,60x10-3 e 3,67x10-3 m e cilindros elípticos de poliestireno (ρp = 1.050 kg/m3) com diâmetro equivalente (da esfera de mesmo volume) de 2,51x10-3 m. O leito foi operado com adimensionais de vibração entre 0,00 e 6,00, para amplitudes entre 0,000 e 0,021 m, freqüências entre 0,00 e 18,20 Hz e graus de saturação de glicerol (volume de glicerol por volume de poros no leito estático) entre 0,0000 e 0,0072. O glicerol foi utilizado para simular a presença de líquido alimentado em batelada, uma vez que este praticamente não evapora nestas condições experimentais. Idênticos valores de adimensionais de vibração (Γ) foram obtidos utilizando diferentes combinações entre amplitudes (A) e freqüências (f) de vibração, com o objetivo de verificar sua universalidade para descrever as características de vibração de um leito vibrofluidizado. No estudo do efeito da distribuição de partículas sobre a dinâmica do leito fluidizado, vibrado e vibrofluidizado, foram utilizadas quatro distribuições de partículas (binária, plana, gaussiana e de referência), com diâmetros médios de Sauter de 2,18x10-3 m. No intervalo de condições experimentais utilizadas nos experimentos fluidodinâmicos, observou-se que isoladamente o adimensional de vibração não representou de maneira única o comportamento fluidodinâmico do sistema. Em todos os casos onde estava presente o glicerol, constatou-se a ocorrência de algum nível de aglomeração das partículas, tornando a fluidização de má qualidade e irregular. A vibração nestes casos melhorou a movimentação das partículas, minimizando a aglomeração e atenuando a formação de canais preferenciais. Quando foi empregada uma distribuição de partículas no leito, observou-se de uma forma global a ocorrência de segregação em quase todos os casos. No leito fluidizado, houve a migração das partículas menores para parte superior do leito, no vibrado ocorreu a migração das partículas maiores para parte superior do leito. Para o leito vibrofluidizado submetido à uma baixa amplitude de vibração (0,003 m) houve segregação, mas em menor quantidade que no leito fluidizado, enquanto que, quando submetido à alta amplitude de vibração (0,009 m), não ocorreu a segregação granulométrica.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissPML.pdf: 737070 bytes, checksum: ae6de3b8bdf475d8478886f35646ddfc (MD5) Previous issue date: 2004-08-19 / Universidade Federal de Sao Carlos / The objective of this work was to develop a theoretical and experimental study of fluid dynamics and heat transfer in a spouted bed with draft tube, which operates in continuous mode with particles feed through the bottom of the bed. This arrangement was chosen in order to maintain axial symmetry inside the bed. The chosen model was a steady-state model with axial variation, where balance equations describe the behavior of the solid and fluid phases both in the spout and annulus regions. A cylindrical-conical bed was used with draft tube and with a solids feed section attached to a gravitational system. The cylindrical column has 45 cm height and 20 cm diameter. The conical base has 15 cm height and internal angle of 600, and the air entrance has 5 cm diameter. The draft tubes have 5 cm diameter and two different heights of 18 and 28 cm. In the experiments glass spheres (dp=2.6 mm) were used for fluid dynamics and heat transfer study. The experimental conditions were: air flow rates of 2,1 and 2,5 m3/min; solids flow rates of 1100, 1500 and 2000 g/min; air temperatures of 80 and 90ºC; and bed heights of 25 and 35cm. The equations of the model were resolved in the program language Matlab by using numeric functions of high performance. The obtained profiles of the fluid dynamic and thermal model showed coherence in the qualitative aspects, because they agree physically with the expected for the spout. The analysis for quantitative comparison between the model and the experiment showed that the gas temperatures in the exit of the bed were predicted with smaller deviations than 3% and the solids temperatures with smaller deviations than 2%. Therefore, the results indicate that the investigated model can be applied in projects of spouted beds with similar characteristics and the bottom solids continuous feed by gravity maintained the axial symmetry of the bed. / Este trabalho tem como objetivo utilizar um alimentador contínuo gravitacional de sólidos pela base para a análise da fluidodinâmica e a transferência de calor no leito de jorro com tubo interno. O interesse por esta configuração deveu-se à sua vantagem de manter a simetria axial do leito, mesmo em operação contínua. Desta forma, o modelo adaptado em nosso estudo considerou apenas variações axiais no leito para as duas fases sólida e fluida, apresentando equações de balanços para as regiões de jorro e anular. O equipamento utilizado foi um leito cilíndrico cônico com tubo interno e com uma seção de alimentação de sólidos acoplada ao alimentador gravitacional. O corpo cilíndrico tem 45 cm de altura e 20 cm de diâmetro, a base cônica tem 15 cm de altura e ângulo interno de 600 e o diâmetro de entrada do ar é de 5 cm. Os tubos draft têm diâmetro de 5 cm e alturas de 18 e 28 cm. Na realização dos experimentos foram utilizadas esferas de vidro com diâmetro de partícula de 2,6 mm. As condições experimentais estudadas foram: vazão de ar de 2,1 e 2,5 m3/min; vazão de alimentação dos sólidos de 1100, 1500 e 2000 g/mim; temperatura de entrada do ar de 80 e 90 0C; e altura do leito de 25 e 35cm. As equações do modelo foram resolvidas na linguagem Matlab através de funções de tratamento numérico de alta performance. Os perfis obtidos da simulação do modelo fluidodinâmico e térmico mostraram coerência nos aspectos qualitativos, pois são concordantes com o fisicamente esperado para o jorro. A análise por comparação quantitativa entre o modelo e o experimento mostrou que as temperaturas do gás na saída do leito foram preditas com desvios menores que 3% e as temperaturas dos sólidos com desvios menores que 2%. Portanto, os resultados indicam que o modelo avaliado neste estudo pode ser aplicado em projetos de leitos de jorro com mesmas características e o alimentador gravitacional operou continuamente de forma estável, mantendo a simetria axial do leito.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2564.pdf: 1333168 bytes, checksum: 213ea9bc81b936a34a25200c96a96216 (MD5) Previous issue date: 2009-08-05 / Universidade Federal de Sao Carlos / The pneumatic conveyor using a spouted bed as a particle feeding method has been studied in the past years in the Centro de Secagem/DEQ/UFSCar. In the literature there are some studies related to the fluid dynamics behavior of this type of conveyor, which can be found in the following works: Ferreira (1991); Ferreira e Freire (1992); Ferreira (1996), Silva (1997) e Costa, (2001). The aim of this work is: (i) to analyze the fluid dynamics behavior through experimental data obtained for the gas-solid flow in the dense and dilute phase and also, to evaluate the influence of the distance between the inlet of the contactor and the entrance of the conveyor pipe (z0); (ii) to apply the model developed by Zorana et al. (2004) for predicting the pressure, voidage, gas and solids velocity profiles, and compare the simulated and experimental results; (iii) to analyze the influence of the inlet temperature in the fluid dynamics, heat transfer and water evaporation behaviors. In this work glass beads with dp = 2.7 mm and rp = 2500 kg/m3 were used as a particulate phase. In the drying experiments water was used as an ideal suspension. The average and the standard deviation of the experimental variables were acquired using a LYNX data acquisition system and a routine made in the LabView software. It was possible to verify that the different z0 (5.0, 5.5, 6.0 e 6.5 cm) studied here influenced significantly the fluid dynamic behavior. Also, the dense and dilute regimes were identified by analyzing the experimental pressure gradients. The model used in this work was able to predict the experimental data satisfactorily. Although a significant influence of the air inlet temperature in the fluid dynamics and heat transfer behaviors was not observed in the range (80 and 100 ºC) studied here, it does affect the water evaporation rate, which was higher for the highest temperature. / O transportador pneumático com alimentador tipo jorro vem sendo estudado ao longo dos anos no Centro de Secagem do DEQ/UFSCar. Dentro do contexto de informações sobre este tipo de transportador, existem na literatura estudos que tiveram como foco analisar seu comportamento fluidodinâmico, os quais podem ser encontrados nos trabalhos de Ferreira (1991); Ferreira e Freire (1992); Ferreira (1996); Silva (1997) e Costa (2001). O presente trabalho teve como objetivos: (i) analisar o comportamento fluidodinâmico a partir de um estudo experimental no escoamento gás-sólido nos regimes denso e diluído, avaliando a influência da distância entre a base do alimentador tipo jorro e a entrada do tubo de transporte, denominada de z0; (ii) realizar a verificação de um modelo encontrado na literatura, o modelo proposto por Zorana et al. (2004) para descrever os perfis de pressão, porosidade e velocidade dos sólidos no tubo de transporte, e (iii) analisar a influência da temperatura do ar de entrada no comportamento fluidodinâmico, térmico e na evaporação da água. Na realização deste trabalho foram utilizadas esferas de vidro como partículas inertes com densidade igual a 2500 kg/m3 e diâmetro médio de 2,7 mm. Para os ensaios de evaporação foi usada a água considerada como suspensão ideal . Os dados foram obtidos utilizando-se de um sistema de aquisição de dados da marca LYNX constituído por uma placa condicionadora de sinais e uma placa de aquisição de dados. Para a visualização das medidas foi utilizada uma rotina desenvolvida usando o software LabView, o qual forneceu a média e o desvio padrão dos dados de pressão e vazão mássica do ar de entrada. Analisando os dados obtidos de vazão de sólidos, da pressão estática e dos gradientes de pressão foi possível observar que o comportamento fluidodinâmico foi influenciado pelos diferentes z0 utilizados (5,0; 5,5; 6,0 e 6,5 cm). A análise dos dados de gradiente de pressão em função da velocidade superficial do ar permitiu identificar os regimes de escoamento denso e diluído. Os resultados simulados mostraram que o modelo foi capaz de predizer satisfatoriamente o comportamento fluidodinâmico para as condições de entrada utilizadas. Em relação à transferência de calor os resultados mostraram que para a faixa de temperatura do ar investigada a influência não é significativa, pois foram apresentados comportamentos fluidodinâmicos e térmicos semelhantes para ambas as temperaturas, 80 e 100ºC. No caso da evaporação da água foram observados maiores potenciais de evaporação para a maior temperatura do ar de entrada.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRVD.pdf: 1325863 bytes, checksum: 91591a72315d2aaffd6fb3ececca45d4 (MD5) Previous issue date: 2002-04-18 / Vibrofluidized beds with inert particles are often used for drying pastes in a laboratory scale. Aiming to contribute to the study of paste drying in such beds, the main purpose of this work is to analyze fluid dynamic behavior of fluidized and vibrofluidized beds as a function of parameters such as the inert particle diameter, the bed temperature, the vibrational parameter and the liquid saturation rate in the bed (defined as the quotient volume of liquid/volume of particles). Curves of pressure drop fluctuations as a function of time were obtained for the tri-phase system and the effect of those parameters on the mixture minimum velocity (as proposed by Gupta and Mujumdar, 1980a) were also analyzed. As liquid phase was employed glycerol, which have been fed into the bed in a batch mode. Glycerol was chosen because it suffers practically no evaporation at the experimental conditions. As inert particles were employed glass spheres in group D of Geldart´s classification. The vibrofluidized bed was of galvanized steel, with square-cross section of 0.20x1.10 m and height of 0.20 m. Pressure drop data and superficial air velocity data were collected by pressure transducers connected to an acquisition data system. The data were collected for vibrational ranges from 0.00 to 1.50; mean particle diameters of 1.095x10-3, 1.545x10-3 e 1,850x10-3 m; bed temperatures of 40, 50 and 60 oC and saturation rates from 0.0000 to 0.0040. The results indicate that the bed temperature does not affect significantly the pressure drop curves behavior. The vibrational parameter also shows little influence on pressure drop versus air velocity curves, excepting in the transition between fluidized and vibrofluidized beds. On the other hand, the pressure drop curves behavior is strongly affected by the increasing of the liquid saturation rate and by variation of particle diameter. Analysis of standard deviation of pressure drop fluctuations shows that for conditions which are typical of a fixed bed, the standard deviations are very small and almost independent on every parameter investigated. At fluidized bed conditions, these standard deviations are significant, particularly at the greatest air velocities. It was observed that they increase a lot in the presence of vibration, even at fixed bed conditions. Besides providing additional information on the bed fluid dynamic behavior, the curves of standard deviation of pressure drop fluctuations are also useful to identify the beginning of particle displacement into the bed due to vibration. It was observed that the methodology applied to identify the minimum fluidization velocity did not provide good results, but it worked well to identify the mixture minimum velocity as defined by Gupta and Mujundar (1980a). For the conditions investigated, the mixture minimum velocity is strongly affected by the liquid saturation rate and by the particle diameter, while both the bed temperature and the vibrational parameter show little influence on it. / Os leitos vibrofluidizados vêm sendo utilizados em escala de laboratório para a secagem de pastas utilizando partículas inertes como meio para fluidização. A fim de contribuir para essa aplicação, o objetivo principal deste trabalho é analisar o comportamento fluidodinâmico dos leitos vibrofluidizado e fluidizado em função do diâmetro das partículas inertes, da temperatura no leito, do parâmetro vibracional e do grau de saturação de líquido (volume de líquido/volume de partículas). De forma complementar, objetiva-se também o estudo das curvas de desvio padrão da queda de pressão para o sistema trifásico e a análise da influência dos parâmetros sobre a velocidade mínima de mistura na forma proposta por Gupta e Mujumdar (1980a). Como líquido utilizou-se o glicerol por este praticamente não evaporar nas condições de trabalho, o qual foi alimentado em batelada, e como inertes foram utilizadas partículas de vidro classificadas no grupo D de Geldart. O equipamento utilizado foi um leito vibrofluidizado de seção retangular com 0,20 m de comprimento, 0,10 m de largura e 0,30 m de altura, construído em aço carbono galvanizado. Os dados de queda de pressão e de velocidade superficial de ar foram obtidos através de transdutores de pressão ligados em um sistema computadorizado de aquisição de dados. As análises foram feitas para intervalo de parâmetro vibracional entre 0,00 e 1,50; diâmetros médios de partículas de 1,095x10-3, 1,545x10-3 e 1,850x10-3 m, temperaturas de 40, 50 e 60 ºC e intervalo de saturação de glicerol entre 0,0000 e 0,0040. Na análise da fluidodinâmica, verificou-se que a temperatura praticamente não influenciou o comportamento da queda de pressão e com exceção da transição entre o leito fluidizado e o vibrofluidizado, a intensidade de vibração também não tornou significativa as variações da queda de pressão. Já o aumento do grau de saturação de líquido, tanto quanto a variação do diâmetro das partículas, tiveram grande influência sobre o comportamento das curvas características principalmente em relação à queda de pressão no leito. Na análise do desvio padrão da queda de pressão verificou-se que, quando o leito está na região de leito fixo ou totalmente aglomerado, o desvio padrão apresentado foi muito pequeno e praticamente independe dos parâmetros de ensaio. Quando o leito está na região de leito fluidizado o desvio padrão foi significativo, principalmente a altas velocidades de ar e foi bastante intensificado em presença de vibração, inclusive na região de leito fixo. As curvas obtidas de desvio padrão, além de fornecer informações adicionais sobre o comportamento fluidodinâmico do leito, também pode auxiliar na determinação do momento em que se inicia a movimentação das partículas no leito. Verificou-se que a metodologia utilizada para a obtenção da velocidade mínima de fluidização não apresentou resultados coerentes fisicamente, situação que foi satisfeita pela velocidade mínima de mistura da forma como foi definida por Gupta e Mujumdar (1980a). Pôde-se verificar que a temperatura praticamente não influenciou a velocidade mínima de mistura e a intensidade de vibração teve pouca influência sobre este parâmetro nas condições deste trabalho. Já o efeito da quantidade de líquido adicionado no leito e o tamanho das partículas tiveram influência considerável sobre este parâmetro.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T18:34:30Z No. of bitstreams: 1 DANIEL CESAR DE MACEDO CAVALCANTE – TESE (PPGEP) 2017.pdf: 5981753 bytes, checksum: 7cb1bc84364b7e8874a0a5bd64ac28f9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-23T18:34:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DANIEL CESAR DE MACEDO CAVALCANTE – TESE (PPGEP) 2017.pdf: 5981753 bytes, checksum: 7cb1bc84364b7e8874a0a5bd64ac28f9 (MD5) Previous issue date: 2017-08-24 / Capes / Os hidrociclones convencionais são equipamentos versáteis, devido a elevada capacidade de processamento, baixo custo de manutenção. Vários são os estudos que visam alterar a estrutura típica do hidrociclone convencional de modo alterar seu desempenho e objetivo. Assim surgiu os hidrociclones filtrantes no qual se diferencia do hidrociclone convencional pela substituição da parede cônica ou cilíndrica por uma membrana porosa. Durante o funcionamento desse separador, além das correntes tradicionalmente observadas (alimentação, underflow e overflow), há uma corrente líquida proveniente do processo de filtração, normalmente denominado filtrado. O presente trabalho propõe estudar hidrociclones filtrantes baseados no trabalho de Façanha (2012), a partir do estudo numérico do processo de separação água/partícula sólida realizado com auxílio do “software” comercial ANSYS CFX® Release 15.0. O modelo matemático usado considera escoamento tridimensional, turbulento, estacionário, baseado na abordagem Euleriana-Euleriana e modelo de turbulência SST “Shear Stress Transport”. Foram avaliados estudos da dinâmica do escoamento, Efeito da porosidade, efeito da permeabilidade e efeito da matriz porosa. Os resultados demonstram que a vazão do filtrado é menor em relação as outras saídas, altera o escoamento no interior do hidrociclone filtrante tanto em relação a porosidade, permeabilidade e efeito da posição do meio filtrante. O aumento da porosidade e permeabilidade alterou a distribuição de pressão, razão do líquido e eficiência total no interior do hidrociclo cilíndrico filtrante. / Conventional hydrocyclones are versatile equipment due to high processing capacity and low maintenance costs. Several studies are aimed at changing the typical structure of conventional hydrocyclone in order to alter its performance and purpose. In this way the hydrocyclones filtering in which it differs from the conventional hydrocyclone by the replacement of the conical or cylindrical wall by a porous membrane. During the operation of this separator, in addition to the traditionally observed currents (feed, underflow and overflow), there is a liquid stream coming from the filtration process, usually called filtrate. The present work proposes to study filtering hydrocyclones based on the work of Façanha (2012), based on the numerical study of the water / solid particle separation process performed with the commercial software ANSYS CFX® Release 15.0. The mathematical model used considers three-dimensional, turbulent, stationary flow, based on the Eulerian-Eulerian approach and SST turbulence model "Shear Stress Transport". Studies of flow dynamics, porosity effect, permeability effect and porous matrix effect were evaluated. The results show that the flow rate of the filtrate is lower in relation to the other outlets, it changes the flow inside the filter hydrocyclone in relation to the porosity, permeability and effect of the position of the filter medium. The increase in porosity and permeability altered the pressure distribution, liquid ratio and total efficiency inside the filter cylindrical hydrocyclones.

Buscando compreender o comportamento hidrodinâmico de um reator anaeróbio de fluxo ascendente (UASB), o presente trabalho teve por objetivo desenvolver um modelo numérico utilizando ferramentas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) para a simulação do comportamento do escoamento trifásico (líquido, gás e sólido) em um reator UASB utilizado na produção de biogás a partir da vinhaça, e validar este modelo utilizando técnicas de Velocimetria de Partículas por Imagem (PIV). Para tanto, inicialmente foi projetado o reator UASB e em seguida foram desenvolvidas a geometria e a malha. As simulações foram executadas no software Fluent, utilizando uma malha com 528.000 volumes de controle. Foram inicialmente realizadas simulações do escoamento monofásico do líquido e em seguida simulações bifásicas gás/líquido e sólido/líquido foram realizadas adotando-se uma abordagem Euleriana-Euleriana, isotérmica, transiente e tridimensional. Por fim, os modelos bifásicos já validados foram associados em um modelo trifásicos. Técnicas de PIV foram utilizadas na validação dos modelos bifásicos e do trifásico. Na etapa de validação dos modelos numéricos, foi verificada uma diferença máxima entre resultados experimentais e computacionais menor de 4% para todos os casos. Foi verificado que a força de arraste é a que exerce a maior influência no perfil do escoamento gás/líquido. Com relação ao escoamento sólido/líquido, o modelo de Gidaspow foi escolhido para o cálculo do coeficiente de arraste, após comparação com resultados experimentais. Nas simulações trifásicas, verificou-se o gás foi o principal responsável pela qualidade da mistura dentro do reator, reduzindo de 44% o percentual de zonas mortas no reator no caso sólido/líquido para 0,02% no caso trifásico e aumentando em cerca de oito vezes a magnitude da velocidade das fases sólida e líquida. O sistema de distribuição de gás exerceu forte influência no perfil do escoamento, tendo induzido recirculação interna no reator. A compreensão do escoamento permitirá otimizações no processo e no reator de forma a buscar o aumento da eficiência de tratamento bem como da geração de biogás. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-06-26T17:27:11Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Camila DBastiani.pdf: 3648057 bytes, checksum: 6fcb0f38708ea3a24444be3ab47dd30b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T17:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Camila DBastiani.pdf: 3648057 bytes, checksum: 6fcb0f38708ea3a24444be3ab47dd30b (MD5) Previous issue date: 2017-06-26 / PETROBRAS, Brasil. / Aiming to understand the hydrodynamics of a Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor, this work aimed to apply multiphase modeling through computational fluid dynamics (CFD) to assess the behavior of the three phase flow (liquid, gas and solid) in a UASB reactor, which is used in the biogas production using vinasse as substrate and the to validate the results using Particle Image Velocimetry (PIV) techniques. Therefore, the UASB reactor was designed and then the geometry and mesh were developed. The simulations were performed using the software Fluent and a mesh with 528.000 control volumes. Initially, monophasic simulations of the liquid phase were carried out. Next, two phase simulations were performed considering the pairs of phases gas/liquid and solid/liquid. An Eulerian-Eulerian approach was adopted, together with isothermal, transient and tridimensional conditions. After validated, the two-phase models (solid/liquid and gas/liquid) were combined into a three-phase model. PIV was used for the experimental validation of the two and three-phase models. The numerical model validation showed maximum differences lower than 4% between experimental and computational results for the three cases (gas/liquid, solid/liquid and liquid/gas/solid). Numerical results showed that the drag force plays the major role on the gas/liquid flow profile. Regarding the solid/liquid flow, Gidaspow model was chosen to estimate the drag force coefficient after comparisons between numerical and experimental results. Three-phase simulations showed that the gas was the main responsible for the mixing quality within the reactor. Dead zones were reduced from 44% in the solid/liquid simulations to 0,02% in the three-phase simulations and the liquid and solid velocity magnitude increased in about eight times. The configuration of the gas distribution system played a major role on the overall flow profile and drove liquid recirculation along the axial position. Understanding the multiphase flow within this reactor will allow optimizations on the process as well as on the reactor, in order to seek an increase on the efficiency both in the treatment and biogas in the production.

Orientador: Cassio Machiaveli Oishi / Banca: Gilcilene Sanchez de Paulo / Banca: Roberto Federico Ausas / Resumo: Esse trabalho apresenta um estudo sobre técnicas de reinicialização para métodos level-set com aplicação em escoamentos de fluidos. O transporte da interface é feito com um método WENO de quinta ordem para as derivadas espaciais, e um Runge-Kutta de terceira ordem para a derivada temporal. Utilizamos malha uniforme, no contexto de diferenças finitas, e nos limitamos a estudar casos bidimensionais. Após o estudo da advecção da interface, apresentamos duas técnicas de reinicialização para restaurar a propriedade de função distância da função level-set sem, que haja perda de massa. A primeira das técnicas consiste na resolução de uma equação diferencial parcial, e a outra é puramente geométrica. Utilizando as Equações de Navier-Stokes, estudamos duas técnicas para o cálculo da força devido à tensão superficial: CSF e SSF. Apresentamos testes numéricos com velocidade prescrita para verificar as duas técnicas de reinicialização, e resolvemos problemas de escoamentos bifásicos com tensão superficial para verificar como as duas técnicas de reinicialização se comportam nesse tipo de problema. / Abstract: This work presents a study about redistancing schemes for level-set methods with applications in fluid flow. The transport of the interface is performed with a fifth order WENO scheme combined with a third order accurate Runge-Kutta method. After the advection of the interface, we analise two redistancing methods to restore the distance function property of the level-set function. The first method consists in the solution of a partial differential equation, while the other is fully geometric. Using the Navier-Stokes equations, we study two different techniques for the calculation of the surface tension force: CSF and SSF. In order to numerically verify the two redistancing schemes, we present tests with prescribed velocity field. Finally, we apply the redistancing techniques for solving biphase fluid flows in the presence of the surface tension. / Mestre

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

No presente trabalho são empregadas ferramentas de fluidodinâmica computacional (CFD) como base à criação de uma rede de reatores equivalente para o estudo de um reator de leito fluidizado borbulhante em escala piloto pertencente à CIENTEC-RS, empregado para a gaseificação de carvão das minas de Candiota-RS. Inicialmente, foram conduzidas simulações fluidodinâmicas em meio reacional gasoso (utilizando metano e ar) para análise do comportamento do escoamento no gaseificador. A partir de medições do equipamento real e dados de projeto do mesmo foi implementada no software CFX 13.0 a geometria do reator e foram realizados testes de convergência de malhas computacionais, de forma a escolher a mais apropriada para a realização das simulações em CFD. A avaliação de parâmetros como perfis de velocidade e concentrações ao longo do reator serviram para a escolha das malhas para a continuidade do estudo. Diferentes variações na geometria foram propostas, de modo a simplificá-la, reduzindo o custo computacional das simulações, porém mantendo a qualidade dos resultados. Foram, ainda, avaliados os padrões de escoamento típicos do reator, operando em fase gasosa e na presença de um leito fluidizado. De posse dos padrões de escoamentos obtidos foi proposta uma rede de reatores equivalentes – ERN (equivalent reactor network) a fim de modelar o reator da CIENTEC, empregando um modelo cinético detalhado para determinação das taxas de reação na fase gasosa. Para fins de avaliação da metodologia, conduziram-se simulações envolvendo a combustão de metano, analogamente ao estudo em CFD, e envolvendo o processo de gaseificação de carvão, com as características do obtido nas minas de Candiota. O objetivo do estudo foi avaliar os pontos cruciais no desenvolvimento de um modelo ERN e prever as características dos produtos obtidos para diferentes condições operacionais. Espera-se que este modelo seja aprimorado e usado para o melhoramento e otimização do processo, com o propósito de obter um gás de potencial energético e com características adequadas à utilização como insumo para processos carboquímicos. / In this dissertation, computational fluid dynamics (CFD) simulations were applied to develop equivalent reactor networks (ERN) for the study of a bubbling fluidized bed reactor from CIENTEC-RS, used for coal gasification. Initially, the computational geometry of the gasifier was created using the software CFX 13.0, based on field measurements and design data. Mesh convergence tests were carried out in order to choose the most appropriate for obtaining accurate solutions, using gas-phase reactions. Different variations in geometry were proposed in order to reduce the computational cost of the simulations, while maintaining the quality of the results. The simulations also evaluated the typical flow patterns of the reactor operating in the gaseous phase and in the presence of a fluidized bed. The flow patterns were used as a basis for proposing equivalent reactor networks for the CIENTEC reactor, using a detailed kinetic model to determine the reaction rates in the gas phase. For methodology evaluation purposes, simulations involving the combustion of methane were conducted, similar to the study in CFD, as well as the coal gasification process. The aim of the study was to evaluate the crucial points in the development of an ERN model and to predict the characteristics of the gaseous product streams obtained for different operating conditions. It is expected that this model can be used for the improvement and optimization of the gasification process, in order to obtain a gas with energetic potential and suitable for using it as a feedstock for carbochemical processes.