Estima-se que nos próximos 20 anos a energia hidráulica contribuirá com quase 30% da energia elétrica do planeta, atualmente esta participação é de 19%. Muitos países possuem iniciativas sérias de implementação de Pequenas Centrais Hidrelétricas, quer seja a médio ou a longo prazo. No Brasil, particularmente, um novo programa de incentivo as pequenas centrais hidrelétricas está sendo lançado pela ELETROBRÁS. Porém, a previsão do número de usinas de pequeno porte e a potência total a ser instalada dentro do plano decenal, 1997 2006, de geração é relativamente pequeno (15 PCH somando 93,71 MW de possíveis 2.161 totalizando 3.633 MW Fonte: SIPOT- ELETROBRÁS abr / 98). A média do consumo de energia elétrica por habitante no Brasil está abaixo da média do consumo mundial (1805 kWh/ano para 2160 kWh/ano. (Fontes: SIESE-Síntese anual 1999 e International Energy Outlook 1998 DOE / EIA). Quando comparamos as várias regiões do território brasileiro a discrepância se torna ainda maior. Vários tipos de turbinas hidráulicas podem ser usadas em pequenas, mini e micro centrais hidroelétricas, entre as quais podemos destacar: Pelton, Francis, Turgo, Kaplan, Hélice, Banki etc. No Brasil as mais utilizadas são: Francis e Kaplan seguidas de longe pela Pelton. O uso dos demais tipos é quase que desconhecido, principalmente a Turgo. A turbina de fluxo cruzado, também conhecida pelos nomes de: MichellBanki, Banki e MichellOssberger é definida como uma turbina de ação que pode ser instalada com quedas de 1 a 200 m de altura e vazões de 0,025 a 13 m3/s. Com a evolução apresentada principalmente nas últimas duas décadas por firmas tradicionais como: Ossberger Turbinenfabrick ou mais novas como a CINK, pode alcançar diâmetros de rotores próximos de 1,0 m com largura de até 3,0m e desenvolver potência de até 2000 kW, com rendimentos que já podem chegar a 90%. As principais evoluções estão concentradas em modificações no injetor da turbina, emprego de novos materiais nas pás, eixo e rolamentos do rotor e em tentativas de utilização do tubo de sucção. Um dos estudos de mostra a viabilidade técnica e econômica na implantação de uma turbina de fluxo cruzado em comparação com as turbinas Francis e Kaplan. As conclusões serão relatadas após a análise de viabilidade técnico-econômica entre os três tipos de turbinas. / It is forecasted that in next 20 years the hydraulic energy will contribute with almost 30% of the total electric power of the planet, while this participation is today near 19%. Many countries have firm initiatives of implementation on SHPs, in medium or long terms. In Brazil, a new incentive program for SHPs is being introduced by ELETROBRAS. However, the forecast for the number of small plants and output installed into Ten-Year Expansion Plan of Energy to the year 2006 is relatively small (15 SHP amount to 93.71 MW, compared to feasible levels of 2,161 SHPs and 3,633 MW. (Source: SIPOTELETROBRAS april / 98). The average electric power consumption per inhabitant in Brazil is below of the world average consumption (1,805 kWh/year against 2,160 kWh/year. Source: SIESE - Annual summary 1999 and International Energy Outlook 1998 DOE/EIA) and when compared with the different regions of the Brazilian territory this discrepancy becomes still larger. Several types of hydraulic turbines can be used in small hydropower, as Pelton, Francis, Turgo, Kaplan, Propeller, Banki, etc. In Brazil the more used are Francis and Kaplan followed by Pelton. The usage of the other types is almost that unknown, mainly the Turgo turbine. The cross flow turbine, also known by the names of: MichellBanki, Banki, and MichellOssberger is defined as an action turbine that can be applicable to falls from 1 to 200 m and flows from 0,025 to 13 m3/s. With the evolution technical presented mainly in the last two decades by traditional firms like Ossberger Turbinenfabrik and new firms like CINK, that turbine can reach diameters of rotors of 1,0 m with width of 2,6m and to develop capacity up to 2,000 kW, with efficiency near 90%. The main evolutions are concentrated in modifications presented in the injector of the turbine by several manufacturers, and the use of new materials in the blades of the runner, shafts, bearings and the use of the draft tube. Case study shows the technical and economical implications using a cross flow turbine in comparison to a Francis turbine and a Kaplan. The conclusions will be reported after technical and economical viability analysis among the three types of turbines.

As aplicações do escoamento de um jato em fluxo cruzado estão em diversas áreas, como na descarga do ar da cabine de aeronaves, no resfriamento das pás das turbinas a gás, no sistema de propulsão de foguetes. No presente trabalho foi realizada uma simulação numérica do escoamento em regime permanente utilizando o software FLUENT. Para validar o modelo numérico empregado baseou-se no trabalho realizado por Calay e Holdo [

Estima-se que nos próximos 20 anos a energia hidráulica contribuirá com quase 30% da energia elétrica do planeta, atualmente esta participação é de 19%. Muitos países possuem iniciativas sérias de implementação de Pequenas Centrais Hidrelétricas, quer seja a médio ou a longo prazo. No Brasil, particularmente, um novo programa de incentivo as pequenas centrais hidrelétricas está sendo lançado pela ELETROBRÁS. Porém, a previsão do número de usinas de pequeno porte e a potência total a ser instalada dentro do plano decenal, 1997 2006, de geração é relativamente pequeno (15 PCH somando 93,71 MW de possíveis 2.161 totalizando 3.633 MW Fonte: SIPOT- ELETROBRÁS abr / 98). A média do consumo de energia elétrica por habitante no Brasil está abaixo da média do consumo mundial (1805 kWh/ano para 2160 kWh/ano. (Fontes: SIESE-Síntese anual 1999 e International Energy Outlook 1998 DOE / EIA). Quando comparamos as várias regiões do território brasileiro a discrepância se torna ainda maior. Vários tipos de turbinas hidráulicas podem ser usadas em pequenas, mini e micro centrais hidroelétricas, entre as quais podemos destacar: Pelton, Francis, Turgo, Kaplan, Hélice, Banki etc. No Brasil as mais utilizadas são: Francis e Kaplan seguidas de longe pela Pelton. O uso dos demais tipos é quase que desconhecido, principalmente a Turgo. A turbina de fluxo cruzado, também conhecida pelos nomes de: MichellBanki, Banki e MichellOssberger é definida como uma turbina de ação que pode ser instalada com quedas de 1 a 200 m de altura e vazões de 0,025 a 13 m3/s. Com a evolução apresentada principalmente nas últimas duas décadas por firmas tradicionais como: Ossberger Turbinenfabrick ou mais novas como a CINK, pode alcançar diâmetros de rotores próximos de 1,0 m com largura de até 3,0m e desenvolver potência de até 2000 kW, com rendimentos que já podem chegar a 90%. As principais evoluções estão concentradas em modificações no injetor da turbina, emprego de novos materiais nas pás, eixo e rolamentos do rotor e em tentativas de utilização do tubo de sucção. Um dos estudos de mostra a viabilidade técnica e econômica na implantação de uma turbina de fluxo cruzado em comparação com as turbinas Francis e Kaplan. As conclusões serão relatadas após a análise de viabilidade técnico-econômica entre os três tipos de turbinas. / It is forecasted that in next 20 years the hydraulic energy will contribute with almost 30% of the total electric power of the planet, while this participation is today near 19%. Many countries have firm initiatives of implementation on SHPs, in medium or long terms. In Brazil, a new incentive program for SHPs is being introduced by ELETROBRAS. However, the forecast for the number of small plants and output installed into Ten-Year Expansion Plan of Energy to the year 2006 is relatively small (15 SHP amount to 93.71 MW, compared to feasible levels of 2,161 SHPs and 3,633 MW. (Source: SIPOTELETROBRAS april / 98). The average electric power consumption per inhabitant in Brazil is below of the world average consumption (1,805 kWh/year against 2,160 kWh/year. Source: SIESE - Annual summary 1999 and International Energy Outlook 1998 DOE/EIA) and when compared with the different regions of the Brazilian territory this discrepancy becomes still larger. Several types of hydraulic turbines can be used in small hydropower, as Pelton, Francis, Turgo, Kaplan, Propeller, Banki, etc. In Brazil the more used are Francis and Kaplan followed by Pelton. The usage of the other types is almost that unknown, mainly the Turgo turbine. The cross flow turbine, also known by the names of: MichellBanki, Banki, and MichellOssberger is defined as an action turbine that can be applicable to falls from 1 to 200 m and flows from 0,025 to 13 m3/s. With the evolution technical presented mainly in the last two decades by traditional firms like Ossberger Turbinenfabrik and new firms like CINK, that turbine can reach diameters of rotors of 1,0 m with width of 2,6m and to develop capacity up to 2,000 kW, with efficiency near 90%. The main evolutions are concentrated in modifications presented in the injector of the turbine by several manufacturers, and the use of new materials in the blades of the runner, shafts, bearings and the use of the draft tube. Case study shows the technical and economical implications using a cross flow turbine in comparison to a Francis turbine and a Kaplan. The conclusions will be reported after technical and economical viability analysis among the three types of turbines.

In this dissertation, a mathematical model was presented to simulate the steady state performance of a cross flow three-pass serrated plate fin compact evaporator. The refrigerant flows in three passes and the air flows in a single pass. The principle of the model was to divide the evaporator into 3 zones corresponding to each of the three refrigerant flow passes and to divide the third zone (the last zone before the refrigerant leaves the evaporator) into two sub zones - the two-phase sub zone and the single phase vapor sub zone. The fluid properties in a given zone are considered to be constant and uniform in that zone. The energy conservation equations were solved in each zone. Each zone's air flow outlet properties were the airflow inlet properties for the next zone while each zone's refrigerant outlet properties were the refrigerant inlet properties for the next zone. The results were compared to experimental data.

O presente trabalho descreve e introduz uma metodologia numérica de simulação térmica de trocadores de calor de fluxo cruzado e de casco e tubo. A metodologia computacional é utilizada para simular doze configurações de arranjos de escoamento de trocadores de calor de fluxo cruzado com número de passes e tubos por passe arbitrários, assim como diversas condições de mistura de ambos os fluidos. O procedimento computacional é desenvolvido, baseado em diversos trabalhos da literatura, para calcular a efetividade de temperatura e o fator de correção da diferença média logarítmica de temperatura para trocadores de calor de fluxo cruzado em escoamentos contracorrente e paralelo. Novos dados da efetividade de temperatura e do fator de correção para configurações complexas de trocadores de calor são apresentados em diversas tabelas e figuras. As condições de mistura do fluido interno depois de cada passe são analisadas e caracterizadas por três configurações: misturado, não misturado com uma ordem idêntica das fileiras e não misturado com uma ordem inversa das fileiras. A influência da mistura do fluido externo entre os tubos do trocador de calor também é analisada. A metodologia computacional também é utilizada para trocadores de calor de casco e tubo tipo TEMA E com um passe de ambos os fluidos (fluidos do casco e dos tubos) em escoamentos contracorrente e paralelo de acordo com as entradas do trocador de calor. O algoritmo é baseado em diversas hipóteses e considerações de modelagem adotadas em diversos trabalhos de trocadores de calor de fluxo cruzado e de casco e tubo. Cada seção entre as chicanas é idealizada como um trocador de calor não misturado - não misturado. Além disso, este estudo fornece um sumário de correlações matemáticas exatas e aproximadas para algumas configurações de trocadores de calor de fluxo cruzado e de casco e tubo, que são muito apropriadas para análises computacionais e que facilitam o cálculo de efetividade de temperatura e do fator de correção. Os resultados encontrados são comparados com o algoritmo HETE e com soluções e relações matemáticas disponíveis em outras literaturas e mostram a capacidade dos algoritmos desenvolvidos. / The present thesis describes and introduces the numerical simulation methodologies for thermal modeling of crossflow and shell-and-tube heat exchangers. The computational methodology is used for simulating twelve general flow arrangement configurations of crossflow heat exchangers with arbitrary number of passes and tubes per pass, as well as, several mixture conditions of both fluids. The computational procedures are developed, based on some works from literature, to calculate the temperature effectiveness and the mean logarithm temperature difference (MLTD) correction factor for crossflow and parallel and counter-crossflow heat exchangers. New temperature effectiveness and correction factor data for the treated complex flow arrangements configurations are provided and showed in various tables and plots. Tube fluid mixing conditions after each pass, characterized by three types of configuration: tube fluid mixed; tube fluid unmixed keeping identical order of the rows; and tube fluid unmixed with inverted order of the rows, are analyzed. The influence of external fluid mixing between tube rows along the heat exchanger configurations is also addressed. The computational methodology is also addressed to TEMA E shell-and-tube heat exchangers type with one-pass of both fluids (in-tube and shell side) flowing in counterflow and parallel regarding the heat exchangers inlets. The algorithm is based on various assumptions and modelling considerations adopted in several works of crossflow and shell-and-tube heat exchangers. Each section between two baffles is idealized as an unmixed-unmixed crossflow heat exchanger. In addition, this study provides a summary of exact and approximate correlations for some configurations of crossflow and shell-and-tube heat exchangers, that are very appropriate for computerized analysis and that facilitate the computation of both parameters, the temperature effectiveness and the mean logarithmic temperature difference correction factor. The results found are compared to algorithm HETE and with available relations and solutions of other works and show the capability of the developed algorithm.

O presente trabalho descreve e introduz uma metodologia numérica de simulação térmica de trocadores de calor de fluxo cruzado e de casco e tubo. A metodologia computacional é utilizada para simular doze configurações de arranjos de escoamento de trocadores de calor de fluxo cruzado com número de passes e tubos por passe arbitrários, assim como diversas condições de mistura de ambos os fluidos. O procedimento computacional é desenvolvido, baseado em diversos trabalhos da literatura, para calcular a efetividade de temperatura e o fator de correção da diferença média logarítmica de temperatura para trocadores de calor de fluxo cruzado em escoamentos contracorrente e paralelo. Novos dados da efetividade de temperatura e do fator de correção para configurações complexas de trocadores de calor são apresentados em diversas tabelas e figuras. As condições de mistura do fluido interno depois de cada passe são analisadas e caracterizadas por três configurações: misturado, não misturado com uma ordem idêntica das fileiras e não misturado com uma ordem inversa das fileiras. A influência da mistura do fluido externo entre os tubos do trocador de calor também é analisada. A metodologia computacional também é utilizada para trocadores de calor de casco e tubo tipo TEMA E com um passe de ambos os fluidos (fluidos do casco e dos tubos) em escoamentos contracorrente e paralelo de acordo com as entradas do trocador de calor. O algoritmo é baseado em diversas hipóteses e considerações de modelagem adotadas em diversos trabalhos de trocadores de calor de fluxo cruzado e de casco e tubo. Cada seção entre as chicanas é idealizada como um trocador de calor não misturado - não misturado. Além disso, este estudo fornece um sumário de correlações matemáticas exatas e aproximadas para algumas configurações de trocadores de calor de fluxo cruzado e de casco e tubo, que são muito apropriadas para análises computacionais e que facilitam o cálculo de efetividade de temperatura e do fator de correção. Os resultados encontrados são comparados com o algoritmo HETE e com soluções e relações matemáticas disponíveis em outras literaturas e mostram a capacidade dos algoritmos desenvolvidos. / The present thesis describes and introduces the numerical simulation methodologies for thermal modeling of crossflow and shell-and-tube heat exchangers. The computational methodology is used for simulating twelve general flow arrangement configurations of crossflow heat exchangers with arbitrary number of passes and tubes per pass, as well as, several mixture conditions of both fluids. The computational procedures are developed, based on some works from literature, to calculate the temperature effectiveness and the mean logarithm temperature difference (MLTD) correction factor for crossflow and parallel and counter-crossflow heat exchangers. New temperature effectiveness and correction factor data for the treated complex flow arrangements configurations are provided and showed in various tables and plots. Tube fluid mixing conditions after each pass, characterized by three types of configuration: tube fluid mixed; tube fluid unmixed keeping identical order of the rows; and tube fluid unmixed with inverted order of the rows, are analyzed. The influence of external fluid mixing between tube rows along the heat exchanger configurations is also addressed. The computational methodology is also addressed to TEMA E shell-and-tube heat exchangers type with one-pass of both fluids (in-tube and shell side) flowing in counterflow and parallel regarding the heat exchangers inlets. The algorithm is based on various assumptions and modelling considerations adopted in several works of crossflow and shell-and-tube heat exchangers. Each section between two baffles is idealized as an unmixed-unmixed crossflow heat exchanger. In addition, this study provides a summary of exact and approximate correlations for some configurations of crossflow and shell-and-tube heat exchangers, that are very appropriate for computerized analysis and that facilitate the computation of both parameters, the temperature effectiveness and the mean logarithmic temperature difference correction factor. The results found are compared to algorithm HETE and with available relations and solutions of other works and show the capability of the developed algorithm.

[pt] O teste de injetividade consiste em injetar uma fase, usualmente água, em um reservatório de óleo para coletar informações sobre ele. Conhecer os parâmetros do reservatório pode ser valioso para melhorar a produção de óleo. Muitos estudos têm sido apresentados a respeito do comportamento da pressão em reservatórios multicamadas sob escoamento de fluxo monofásico e, também, durante os testes de injetividade. No entanto, uma solução analítica para o comportamento da pressão em reservatórios de múltiplas camadas durante os testes de injetividade é bem conhecida apenas quando o fluxo cruzado de formação não é considerado. Portanto, o presente trabalho apresenta um modelo analítico no espaço de Laplace para reservatórios radialmente compostos multicamadas considerando o fluxo cruzado de formação sob fluxo monofásico e, então, para reservatórios multicamadas com fluxo cruzado de formação sob fluxo bifásico. A precisão da solução proposta foi verificada através da comparação com um simulador numérico de fluxo. Os resultados fornecidos pelo modelo analítico e pelos dados numéricos foram consistentemente semelhantes. Além disso, os dados obtidos pela solução analítica foram utilizados para estimar a permeabilidade equivalente do reservatório. Os valores calculados apresentaram uma aproximação satisfatória para todos os casos. / [en] The injectivity test consists of injecting a phase, usually water, into an oil reservoir in order to collect information about it. Knowing these reservoir s parameters can be valuable in order to improve oil production. Many studies have been presented regarding the behavior of pressure in multilayered reservoirs under single phase fluid flow and, also, during injectivity tests. However, an analytical solution for pressure behavior in multilayered reservoirs during injectivity tests is well known only when the formation crossflow is not considered. Therefore, the present work attempts to develop an analytical model in the Laplace space for multilayered radially composite reservoirs with formation crossflow under single phase fluid flow, and then, for multilayered reservoirs with formation crossflow under two phase fluid flow. The accuracy of the proposed solution was verified by comparison with a finite difference flow simulator. The results provided by the analytical model and by the numerical data were consistently similar. Furthermore, the data obtained by the analytical solution was used to estimate the reservoir s equivalent permeability. Calculated values presented a satisfactory accuracy for all cases.