Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2014-07-07T16:24:17Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-07-07T16:24:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013 / A Fluidodinâmica Computacional (CFD) oferece ferramentas eficientes para o estudo de dispersão de radionuclídeos, inclusive em problemas onde há decaimento radioativo. Este trabalho apresenta um tratamento via fluidodinâmica computacional da dispersão de radionuclídeos, aplicável tanto na dispersão em ambientes internos quanto na dispersão externa e, em ambos os casos, tanto por via atmosférica quanto aquática. A primeira situação é de fundamental importância para a otimização do projeto de salas que abrigam material radioativo visando à segurança e minimização da dose em caso de dispersão. A segunda situação diz respeito à dispersão para o exterior de instalações nucleares ou radiativas, sendo de grande relevância para oferecer subsídios para a análise de segurança e de impacto ambiental no entorno da instalação. Neste trabalho as equações de quantidade de movimento, energia e transporte com decaimento de material radioativo são discretizadas para obtenção de soluções numéricas. O programa desenvolvido emprega simulação das grandes escalas de turbulência (LES) combinadas com técnicas de computação paralela e distribuída / The computational fluid dynamics (CFD) offers efficient tools for the study of dispersion of radionuclides, including problems where radioactive decay needs to be considered. This work presents a CFD approach for the analysis of radionuclides dispersion, applicable both for internal and external environments, either through air or aquatic ways. The first case is relevant for the optimization of the design of rooms that keep or store radioactive material and is also important for safety and the minimization of doses in the event of dispersion. The second case concerns external dispersion from nuclear and radioactive installations and is essential for safety analysis and the evaluation of environment impact of such installations. In this work the equations governing momentum, energy and transport with decay of radioactive materials are discretized in order that numerical solutions can be obtained. Additionally, the code developed employs Large Eddy Simulation (LES) of turbulence combined with techniques of parallel distributed computing

Orientadores: Rubens Maciel Filho, André Luiz Jardini Munhoz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T16:44:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bineli_AulusRobertoRomao_D.pdf: 8294042 bytes, checksum: a3a2a14af42175c483a90d29b0102664 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Atualmente, o conceito de sustentabilidade vem ganhando cada vez mais espaço e com ele os desafios de melhorar cada vez mais os processos industriais. Assim, tanto as engenharias quanto as ciências de base têm se dedicado à integração do conhecimento para projetar e implementar soluções inovadoras e ambientalmente equilibradas. Neste contexto, o uso dos microrreatores surge como uma opção atraente e com potencial para atender às diversas e crescentes exigências ambientais e econômicas. Portanto, o principal objetivo desta tese foi projetar fabricar e testar um microrreator catalítico para produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do etanol. Para o cumprimento deste objetivo, quatro etapas principais foram desenvolvidas. A primeira delas foi à realização de estudos fluidodinâmicos do microrreator para a escolha da geometria mais favorável à distribuição do fluxo entre os microcanais. Nesta etapa foi possível quantificar o fluxo do gás nos microcanais e escolher a geometria com o menor valor no desvio padrão relativo. Na segunda etapa, a tecnologia de manufatura aditiva de sinterização direta em metal a laser (DMLS) foi avaliada para a fabricação dos componentes do microrreator mostrando um grande potencial, principalmente por oferecer condições para produção de superfícies porosas. Apesar disso, as peças assim obtidas apresentaram distorções notáveis devido à alta energia do laser, sendo necessários mais estudos dos parâmetros de fabricação a fim de se obter peças com boa qualidade. Por essa razão e para garantir uma boa integração entre os componentes, a estrutura de compartimento do microrreator e as placas de microcanais foram obtidas por métodos convencionais de usinagem e corrosão química. Na terceira etapa, um método de otimização multicritério foi descrito para se investigar e sugerir uma faixa de parâmetros operacionais do microrreator como temperatura, fração de massa de etanol e fluxo volumétrico de alimentação. Nesta fase, entre os três modelos cinéticos selecionados, apenas um foi considerado o mais confiável para se estender o estudo de otimização e assim sugerir uma faixa de operação do microrreator. Na etapa final, testes experimentais da reação de reforma a vapor do etanol foram conduzidos sob duas diferentes composições de catalisadores, Ni/Al2O3 e Ni/CeO2, com o objetivo de se conhecer as principais reações. Os resultados mostraram que a desidratação e decomposição do etanol foram predominantes em ambos catalisadores, porém foi observada a supressão da desidratação em temperatura de 500 e 600ºC. Entre os catalisadores estudados o Ni/CeO2 foi o mais seletivo e promissor, pois foi capaz não somente de suprimir as reações indesejadas, como a formação de coque, mas por fornecer alta produtividade e rendimento comparado com o Ni/Al2O3. Além disso, ficou demonstrado que o projeto do microrreator proposto foi capaz de produzir hidrogênio com rendimentos significativos, próximo a 100% em altos tempos de residência, sendo, portanto, uma boa opção a ser considerada tanto para aplicações em pequena quanto em grande escala / Abstract: Currently, the concept of sustainability is gaining more prominence and with it the challenges to improve industrial processes. Thus, both engineering as the basic sciences has been devoted to integrate knowledge to design and implement innovative and environmentally balanced solutions. In this context, the use of microreactors emerges as an attractive option and with potential to meet various environmental and economic requirements. Therefore, the objective of this thesis was to design, fabricate and test a catalytic microreactor for hydrogen production from ethanol steam reforming. To achieve this objective, four main steps were developed. Firstly, studies of the fluid dynamic behavior of microreactor were conducted for choosing the most favorable geometry to flow distribution among microchannels. At this point it was possible to quantify the internal gas flow in the microchannels and to select the geometry with the lowest value in the relative standard deviation. In the second step, the additive manufacturing technology of Direct Metal Laser Sintering (DMLS) was evaluated to fabricate the microreactor components. This technology showed a great potential, especially to provide conditions to produce pieces with porous surfaces. Nevertheless, the pieces obtained by this process showed remarkable distortions due to the high laser energy, necessitating further study about fabrication parameters in order to improve the quality of the parts. For that reason and also to ensure good integration among the components, the housing structure and microchannel plates were obtained by conventional methods of milling cutter and wet chemical etching, respectively. In the third step, a multicriteria optimization method was described to investigate and suggest a range of operating parameters such as temperature, ethanol mass fraction and volumetric flow. Among the three kinetic models selected, only one was considered the most reliable to extend the study of optimization and thus to suggest a range of operation conditions of the microreactor. In the final step, experimental tests of ethanol steam reforming were conducted under two different compositions of catalysts, Ni/Al2O3 and Ni/CeO2, with the aim of knowing the main reactions. The results showed that the ethanol dehydration and decomposition were predominant in both catalysts, but the suppression of the dehydration in the temperatures of 500 to 600°C was observed. Also, among the catalysts studied, the Ni/CeO2 was the most promising not only because it was able to suppress the undesired reactions, but also to provide a high productivity and yield compared to the Ni/Al2O3. Furthermore, it was shown that the design of microreactor was able to produce hydrogen with significant yields, close to 100% at high residence times, and is therefore a good option to be considered in applications ranging from small to large scales / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Isaias Vizotto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-23T06:21:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CaycedoGarcia_MayaSian_M.pdf: 6369697 bytes, checksum: 0216dc84287a93e820b62482c1b9b7d1 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Através do uso de modelos físicos reduzidos e de simulações computacionais, este trabalho tem como objetivo a avaliação do comportamento mecânico das estruturas em casca de formas livres de base hexagonal. Os modelos reduzidos são submetidos a ensaios no túnel de vento de camada limite atmosférica, e às correspondentes simulações computacionais, extraindo-se dados dos coeficientes de pressão interna e externa, considerando-se os regimes laminar e turbulento. A obtenção dos coeficientes de pressão permite avaliar o comportamento da estrutura dependendo do posicionamento da abertura dominante nos casos mais críticos de sucção e pressão. A análise dos coeficientes de pressão causados pela ação do vento em edificações é um aspecto fundamental no estudo das forças que atuam em estruturas. No caso particular das construções dos tipos de cascas finas, a análise dos coeficientes de pressão permite analisar e projetar estas estruturas corretamente aproveitando suas características geométricas. Os ensaios desta pesquisa foram realizados no túnel de vento LACAF da UNICAMP, utilizando-se os modelos reduzidos construídos com materiais compostos de fibra de vidro e resina, FERREIRA (2013), e produzidos a partir dos modelos computacionais desenvolvidos por VIZOTTO (1993). Durante os ensaios no túnel de vento, foram realizadas medições de pressão em vários pontos dos modelos, tanto na superfície externa como interna da estrutura submetida à ação do vento em regime laminar e turbulento, nas três situações criticas da abertura: estrutura fechada submetida à ação do vento a 0º e 90º; estrutura com uma abertura submetida à ação do vento a barlavento (0º) e sotavento (180º); e, com duas aberturas, submetida à ação do vento a barlavento (0º) e paralelo às aberturas (90º). Os resultados dos ensaios são apresentados em curvas isobáricas e analisados através do uso de gráficos comparativos para os casos dos regimes laminar e turbulento para cada caso ensaiado. Os modelos computacionais para realizar as simulações foram baseados nos resultados dos experimentos com modelos em túnel de vento, considerando as diversas combinações nos regimes laminar e turbulento, foram gerados através da ferramenta da fluidodinâmica computacional utilizando o modelo de turbulência "SST" no software Ansys (CFX) no laboratório de informática da FEC - UNICAM. Dos resultados obtidos experimentalmente dos coeficientes de pressão pode-se observar a máxima sucção na estrutura para o caso de uma abertura com o vento atingindo à estrutura na direção de barlavento no regime turbulento e a maior pressão é observada para o caso de duas aberturas com o vento atingido paralelo às aberturas. Dos dados obtidos numericamente em relação aos dados experimentais certificasse que existe uma grande semelhança, permitindo o uso da fluodinâmica computacional como ferramenta para a análise da ação do vento em estruturas tipo casca. Cabe notar que a indisponibilidade de dados para os coeficientes de pressão para carregamentos devidos ao vento nas estruturas com este tipo de geometria cria a necessidade de proporcionar e divulgar informações, metodologias e ferramentas, como a configuração dos modelos matemáticos, que permitam aos engenheiros obter as forças devidas ao vento utilizadas para a simulação de carregamentos em projetos reais / Abstract: Through the use of reduced physical models and computer simulations, the objective of this project is to assess the mechanical behavior of free form shell type structures with hexagonal base. The reduced models are subject to atmospheric boundary layer wind tunnel tests, while computer simulations are run in parallel, that provide internal and external pressure coefficient data applicable to the structures in question under the influence of both laminar and turbulent flow regimes. The obtained pressure coefficients allow the assessment of the behavior of the structure as a function of the position of the predominant opening in the most critical suction and pressure cases. The analysis of the pressure coefficients caused by wind loads in construction is a critical area of the structural force analysis in buildings and structures. In the particular case of thin walled shell type constructions, pressure coefficient analysis is the main driver for the correct design and planning of these structures, taking advantage of their geometrical features The tests were conducted in the wind tunnel at LACAF at the UNICAMP using scale models built out of fiberglass and resin, Ferreira (2013), and produced as result of the use of computer models developed by Vizotto (1993). The wind tunnel tests provided pressure measurements at various points of the structures subjected in the three following critical scenarios of predominant aperture: completely closed structure subjected to wind loads at 0 and 90 degrees, structure with one open subjected to wind loads at leeward (180°) and windward (0°) and structure with two opens subjected to wind loads at leeward (180°) and parallel to the apertures (90°). The test results are presented in isobaric graphs and are then analyzed in comparative graphics for each tested scenario. The computer models used to run the simulations are based on the empirical results obtained in wind tunnel tests using reduced size models, considering the various possible combinations, and were generated using the turbulence model "Shear Stress Transport Model" of the dynamic fluid analysis software tool Ansys (CFX) at the IT laboratory of the FEC - UNICAMP. The comparison of the numerical data with the experimental data certifies that there are a lot of similarities. Therefore, computer models can be used in order to project free form shell type structures and evaluate their behavior under wind loads. Finally, it is of significant relevance the fact that pressure coefficient data applicable to structures with this type of geometry subject to wind loads is not readily available. Therefore, it is necessary to provide and divulge information, methodologies and tools, such as the configuration of mathematical models, which will enable engineers to obtain more accurate data of wind-load forces used for the simulation of loads on free form shell type structures / Mestrado / Estruturas / Mestra em Engenharia Civil

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T13:17:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaJunior_JoaoLameuda_M.pdf: 5288658 bytes, checksum: 05a82477d396e479ec1f137cc2682920 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Esta pesquisa tem como objetivo avaliar as principais forças interfaciais que atuam no escoamento gás-líquido em uma coluna de bolhas retangular, de dimensões 150cm x 26;4cm x 3;1cm (altura (H) x largura (W) x profundidade (D)), com aeração centralizada, empregando a Fluidodinâmica Computacional (CFD). O caso proposto é baseado em um estudo experimental de um sistema ar-água operando em regime homogêneo, com altura inicial de líquido (Hl) igual a 79;2cm, correspondente a razão de aspecto (Hl /W) de 3. Empregou-se para a fase dispersa, um diâmetro de bolhas de 4;95mm e uma velocidade superficial de 2;9cm/s. Para validação do modelo, comparações com dados experimentais obtidos da literatura foram realizados em seções transversais em quatro níveis axiais (Y/Hl = 0;1; 0;2; 0;4; 0;75). Para o fechamento do modelo matemático foram analisados quatro modelos de turbulência na descrição da fase contínua (k-'épsilon', RNG k-'épsilon', LRR-RSM, SSG-RSM), bem como diferentes correlações para a verificação da influência das forças interfaciais envolvidas neste tipo de escoamento (arraste, sustentação, dispersão turbulenta e massa virtual). As forças de sustentação e dispersão turbulenta em adição à de arraste mostraram influências significativas nos padrões fluidodinâmicos, enquanto que a força de massa virtual pôde ser negligenciada para o caso estudado. O modelo completo final testado, predisse satisfatoriamente o escoamento em regiões onde este se encontra plenamente desenvolvido, concordando com o padrão experimental / Abstract: This study aims to evaluate the main forces which act in gas-liquid flow in a rectangular bubble column of dimensions 150cm x 26;4cm x 3;1cm (height (H) x width (W) x depth (D)), with centralized aeration, using CFD technique. The proposed case is based in a experimental study of an air-water system operating in homogeneous bubbly flow, with initial liquid height (Hl) of 79;2cm, corresponding to aspect ratio (Hl /W) of 3. For dispersed phase it was employed a bubble diameter of 4;95mm and a superficial velocity of 2;9cm/s. To validate the model, comparisons with experimental data provided from literature were carried out in transversal sections at four axial levels (Y/Hl = 0;1; 0;2; 0;4; 0;75). To closure the mathematical model, four distinct turbulence models were analyzed to describe the continuous phase (k--'épsilon', RNG k--'épsilon', LRR-RSM, SSG-RSM), as well different correlations to verify the influence of the interfacial forces involved in this type of flow (drag, lift, turbulent dispersion and virtual mass). The consideration of lift and turbulent dispersion in addition to drag force showed meaningful influences in fluid dynamics pattern, while virtual mass force can be neglected. The final complete model tested predicted properly the flow in fully developed regions, according to the experimental pattern / Mestrado / Processos em Tecnologia Química / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T22:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_ArianeCorrea_M.pdf: 3646143 bytes, checksum: 81967e15123849d7596f2ba40c6b2c68 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O comportamento dinâmico de um reator industrial de FCC (Craqueamento Catalítico Fluidizado) foi simulado utilizando modelos de escoamento gás-solido tridimensionais e aplicando o modelo cinético de 10-lumps desenvolvido por JACOB et al. (1976). O comportamento uidodinâmico e as reações químicas previstos foram validados com dados experimentais e de plantas industriais publicados na literatura. Além disso, foram adicionadas reações de craqueamento térmico ao modelo cinético de 10-lumps. Dessa forma foi possível investigar a influência dessas reações secundárias no rendimento da gasolina. Também foram identificados os locais em que essas reações são mais favoráveis a ocorrer. Foram utilizadas geometrias com diferentes entradas com o objetivo de identificar quais delas favorecem uma maior homogeneização do escoamento e o impacto delas nas taxas de reações de craqueamento térmico / Abstract: The dynamic behavior of a FCC (Fluidized Catalytic Cracking) industrial reactor was simulated employing 3D gas-solid ow models and applying the ten-lumps kinetic model developed by JACOB et al.(1976). The uid-dynamic and the chemical reactions predicted were validated with a set of plant data publicated in literature. Besides, there were added thermal cracking reactions to 4-lumps and 10-lumps kinetic model. Thus, it was possible to investigate the inuences of these secundary reactions in gasoline yield. It was also identi_ed the regions in which those reactions are more suitable to occur. Di_erent entries geometries werewas used to recognize which one provides a greater homogenization of the ow and their impact on the reaction rates of thermal cracking / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Milton Mori, Marcos Akra D'Ávila / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T08:49:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mori_ErickDjin_M.pdf: 2359279 bytes, checksum: ee684b815a4962d2a25990de40b76d0a (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Escoamentos gás-líquido-sólido em colunas de bolhas ainda são pouco compreendidos pela comunidade científica. Conhecer melhor a hidrodinâmica em uma coluna de bolhas é condição primordial para o sucesso em seu dimensionamento. Se a natureza do escoamento multifásico por si só é complexa, a tarefa de estudá-lo se torna ainda mais desafiadora, tendo em vista que são poucos os trabalhos consistentes publicados na literatura que abordam a temática. No presente estudo, utiliza-se a técnica da fluidodinâmica computacional (CFD), para conduzir simulações tridimensionais e transientes, a fim de se descrever a hidrodinâmica de um sistema gás-líquido-sólido em uma coluna de bolhas com quantidade intermediária de sólidos. O problema é tratado por meio de uma abordagem Euleriana e a interação interfásica é descrita exclusivamente pelo arraste entre as fases gás-líquido e sólido-líquido. Os resultados numéricos obtidos são confrontados com resultados experimentais da literatura e comprovam a capacidade da ferramenta computacional em descrever o sistema em questão. A análise dos modelos de arraste para a interação sólido-líquido mostrou a relevância da escolha da lei de arraste para descrever corretamente a circulação de sólidos no leito. Para a interação gás-líquido sob as condições analisadas, os modelos que consideram distorções da fase gasosa mostraram melhor desempenho, frente os modelos que consideram apenas bolhas esféricas. A turbulência no meio contínuo foi descrita por modelos de duas equações, os modelos kepsilon e RNG k-epsilon. O último mostrou melhor desempenho em descrever o padrão de escoamento, possivelmente por ter sido concebido para escoamentos vorticiais / Abstract: Gas-liquid-solid flows inside bubble columns are not fully comprehended by scientific community yet. A better knowledge regarding the hidrodynamics of a bubble column is the first step towards reaching its sizing successfully. If the multiphase flow nature by itself presents great complexity, the task of studying it becomes even more challenging, since few are the consistent published work in the literature treating this subject. In the present study, the computational fluid dynamics (CFD) was used to capture the hidrodynamics of a gas-liquid-solid flow inside a bubble column with intermediate solid concentration. The Eulerian approach was used as frame of reference and for the interphase forces only the drag between gas-liquid and solid-liquid phases were considered. The numerical results were compared to experimental data of the literature, showing the ability of CFD in describing the multiphase flow. Furthermore, analysis of drag models for the solid-liquid interaction indicates that the drag law plays an important role in describing the solid circulating in the system. For the gas-liquid interaction under the analyzed conditions, it has been found that the drag laws considering the bubble distortion showed better agreement with experimental data in comparison to the ones that considered bubbles as rigid spheres. The turbulence in the continuous phase was described by a two equation model. Comparison between standard k-epsilon and RNG k-epsilon revealed that in this case, the latter represented better the flow pattern, since it was developed for swirling flows / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Milton Mori, Jhon Jairo Ramirez Behainne / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T08:54:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hodapp_MaximilianJoachim_D.pdf: 4872915 bytes, checksum: 9619785faa8fc5ab19790d59903b0a7e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A queima de carvão mineral em Leito Fluidizado Circulante (CFBC) tem interessado pesquisadores por várias décadas, tendo sido propostos inúmeros modelos matemáticos que visam descrever os complexos fenômenos de transferência de massa, energia e quantidade de movimento deste sistema gás-sólido. A fase sólida é uma mistura de materiais inertes, como a areia e a cinza de carvão, um agente desulfurizante, além do próprio combustível. A técnica de Fluidodinâmica Computacional tem sido aplicada com sucesso para simular não somente escoamentos multifásicos mas também problemas que envolvem reações químicas e troca de calor. Apesar disto, a caracterização individual dos diversos materiais da fase sólida não é muito estudada. Deste modo, neste trabalho foi pesquisada a representação numérica do escoamento no interior de um leito fluidizado por CFD. Numa primeira etapa estudou-se a fluidodinâmica gás-sólido a quente e numa segunda a implementação de uma abordagem trifásica para representar o processo de queima de carvão mineral. Assim, a fase gás e o material inerte foram considerados fluídos, conforme a abordagem Euleriana, enquanto o material reativo foi representado pela descrição Lagrangeana. A combustão ocorre principalmente num leito fluidizado de 4 m de altura e 0,1 m de diâmetro, operado no regime de baixa densidade de sólidos e rápida fluidização. As reações do sistema são aquelas que ocorrem na fase gasosa devido à liberação de voláteis do carvão, bem como a reação heterogênea do carbono. Os resultados das simulações CFD mostraram-se de acordo com os dados experimentais disponíveis para temperatura e composição dos gases de saída. A escolha de modelos de reação heterogênea e do inventário de sólidos do sistema se mostrou de grande importância à simulação do processo. Concluí-se que a abordagem trifásica apresentada mostra-se viável para sistemas nos quais a massa de material reativo sólido no sistema representa apenas uma fração da massa total dos sólidos presentes / Abstract: Coal combustion in Circulating Fluidized Bed Combustors (CFBC) has received great attention from researchers who have developed several approaches in order to model the complex phenomena of mass, energy and momentum exchange in this gas-solid system. The solid phase is usually a mixture of inert material, sand and ash, a desulfurization material such as limestone and the fuel itself. Computational Fluid Dynamics has been successfully applied to simulate not only the fluid dynamics of multiphase flow in components of CFBC's, but also to study the associated heat and mass transfer phenomena. However, the inclusion of more than one solid phase is not usually the · subject of research. Ideally each particle could be tracked in a Lagrangian formulation, which, for denser flows, could include inter-particle interactions. However even for small-scale plants the total number of particles by far exceeds currently available computing resources. In this work, a three-phase approach was applied to model fast bed CFBC riser, in which the gas phase and the inert particle phase are described in an Euler-trame while the reacting coal particles are tracked individually in a Lagrangian approach. A small pilot-plant unit feed with ash-rich Brazilian coal has been chosen as a study case. The combustion took place in a riser of 4m height and 0,1 m internal diameter, operating in the low-density regime. The chemical reactions in the system were those of the gas-phase homogeneous oxidation of the devolatilized components and the heterogeneous char combustion. The simulation results were in good agreement with experimental measurements for temperature and flue gas composition, hence the three-phase modeling showed to be a viable alternative to a more complete simulation of the CFBCs coal combustion process / Doutorado / Processos em Tecnologia Química / Doutor em Engenharia Química

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

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

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