O presente trabalho apresenta uma modelagem detalhada de processos de combustao turbulentos para um jato concentrico de combustıvel e ar. A modelagem é fundamentada nas equacões de conservacão de massa, de quantidade de movimento, de energia e de espécies quımicas. A turbulencia é resolvida pela utilizacão do modelo k- padrão. Dois modelos de reacões quımicas são apresentados. O modelo SCRS – Simple Chemically-Reacting Systems, que assume taxas instantâneas de reacões quımicas. Também é abordado o modelo E-A – Eddy Breakup - Arrhenius, que assume taxas finitas de reacões quımicas. A radiacão térmica, fenômeno de grande importância devido as altas temperaturas alcancadas em processos de combustão,é modelada através do Método das Zonas. O modelo da soma ponderada de gases cinzas – WSGGM,é usado para determinar o espectro de emissão e absorcão dos gases no processo. Para a solucão destas equacões diferenciais, juntamente com os modelos de turbulência, de reaçõoes químicas e radiação térmica, faz-se o uso do Método dos Volumes Finitos. Para validar a modelagem apresentada resolve-se o processo de combustão em uma câmara cilíndrica. A câmara de combustão usada áa mesma abordada no First Workshop on Aerodynamics of Steady State Combustion Chambers and Furnaces, organizado pela ERCORTAC - European Research Community On Flow Turbulence And Combustion, em outubro de 1994, que apresenta dados experimentais de temperatura e concentração das espécies químicas para várias posições de interesse no interior da câmara. Utiliza-se o gás natural como combustível e o ar atmosférico como oxidante. O processo de combustão sem pré-mistura é resolvido para a condição de excesso de combustível de 5 % para ambos os modelos, onde o gás natural é injetado por um duto circular central, e o ar atmosférico por um orifício anular externo a esse duto, no mesmo plano Uma reação química não estagiada é assumida para o modelo SCRS. Para o modelo E-A duas situações são resolvidas: combustão não estagiada, com uma etapa global de reação química; e reação quımica estagiada, com duas etapas globais. Os resultados obtidos com o modelo SCRS para a distribuição de temperaturas, em termos de tendências gerais, são razoáveis. Já as concentrações de espécies químicas não apresentam dados satisfatórios para este modelo. Para o modelo E-A os resultados apresentam boa concordância com os dados experimentais, principalmente para a situação em que o processo de combustão é assumido em duas etapas globais. ´E analisado em detalhe o papel desempenhado pela transferencia de calor por radiacao, com meio participante. Para melhor verificar as trocas de calor, assume-se uma camara de combustao cilındrica com paredes d’agua. A injecao do combustıvel e do oxidante e feita atraves de um queimador central, semelhante ao usado para validar a modelagem, porem com dois orifıcios concentricos para injecao de combustıvel. Nesta situação o efeito do turbilhonamento (swril), assumido como 20 % da velocidade axial de entrada, sobre a injecao de ar e computado atraves da condicao contorno da equacao de conservacao da quantidade de movimento angular. Nesta fase apenas o modelo E-A, com duas etapas globais de reacoes quımicas, e considerado, ja que o mesmo apresenta os melhores resultados. O processo de combustao e simulado com e sem a presenca da radiacao termica. Verifica-se que a presenca da radiacao termica homogeneiza a temperatura dos gases no interior da camara. Com isso verifica-se tambem alterações nas taxas de reacoes quımicas, modificando a magnitude das fracoes das especies quımicas Quando a radiacao termica e considerada efeitos de extinção local da chama sao verificados nas regioes de temperaturas mais altas, diminuindo o consumo de oxigenio e aumentando a producao de monoxido de carbono, caracterizando assim uma combustao incompleta. Em algumas situacoes tem-se uma variacao de temperatura de ate 500 K, a montante da chama. A radiacao termica tambem aumenta a taxa de transferencia de calor dos gases quentes para as paredes da camara, e desta para o seu exterior. Com os resultados obtidos a partir desta modelagem e possıvel determinar o perfil da zona de combustao, a distribuicao de concentracoes de especies quımicas, o campo de velocidades e as taxas de transferencia de calor para as paredes da camara de combustao, total, por conveccao superficial e por radiacao. Estes resultados sao de extrema importancia para prever a performance de camaras de combustao, assim como auxiliar na sua otimizacao.

Nas indústrias de processo, algumas variáveis como as composições de topo de colunas de destilação são quantificadas através de análises laboratoriais e ou de analisadores em linha. Este tipo de controle apresenta algumas limitações tais como custos de manutenção e o tempo de amostragem (em geral análises laboratoriais ocorrem de 1 a 3 vezes ao dia). Para melhoria destes métodos, as variáveis podem ser continuamente estimadas a partir de sua relação com as variáveis medidas diretamente no processo. Através de um algoritmo matemático, um analisador virtual de propriedades pode ser construído, sendo necessário para o seu desenvolvimento um modelo simplificado do processo. Este trabalho teve como objetivo a construção de dois analisadores virtuais para estimação das composições de topo de duas colunas fracionadoras de tolueno presentes em uma indústria petroquímica. Para tal, estudou-se as metodologias existentes para construção de analisadores voltados para aplicações em colunas de destilação. O desenvolvimento de analisadores virtuais tem como base três etapas: seleção de variáveis secundárias, construção de modelos e correção/adaptação de modelos. Tais etapas, baseadas principalmente em métodos estatísticos, foram estudadas e as técnicas que melhor se adaptaram ao caso em questão foram empregadas com resultados satisfatórios. Realizaram-se também estudos comparativos entre modelos estacionários e dinâmicos e modelos construídos a partir de dados de simulação e de processo. As simulações foram conduzidas nos softwares Aspen PlusÒ e Aspen DynamicsÒ e o software usado para implementação dos analisadores na indústria foi o Aspen IQÒ.

Made available in DSpace on 2018-08-01T23:31:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_9651_tese_Leandra.pdf: 8232959 bytes, checksum: 54b6c798a50bcdc481895d65a1dbdfea (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / A pesquisa de doutorado constituiu-se na investigação em educação matemática das potencialidades de aprendizagem de um grupo de dez estudantes, de 8º e 9º anos do Ensino Fundamental, participantes do Projeto de Iniciação Científica Júnior [PIBIC Jr], de uma escola do município de Vitória, no estado do Espírito Santo. Esse estudo aconteceu entre julho de 2013 e fevereiro de 2014. Objetivou explorar tarefas matemáticas que auxiliassem os estudantes a encontrar padrões e regularidades e que os ajudassem a chegar à generalização de ideias matemáticas. Ainda, almejou identificar as estratégias dos estudantes ao resolver tarefas de padrões e representálas com software de computação gráfica. Os procedimentos metodológicos fundamentaram-se na pesquisa qualitativa no campo da educação matemática. A investigação observou as representações que os estudantes apresentaram no processo de aprendizagem para a formalização e generalização de padrões matemáticos e computacionais. Utilizou-se para isso, durante o Projeto de Iniciação Científica Jr, dois softwares de computação gráfica, o Sweet Home® e o Auto Cad®. Os aportes teórico-metodológicos dos estudos de padrões têm origem nos trabalhos de Vale e Pimentel. Tall, Skemp, Vygotsky, dentre outros, que contribuíram para a compreensão das representações matemáticas realizadas pelos alunos ao resolver uma tarefa matemática. Para os estudos das imagens computacionais, Azevedo e Conci, bem como, Tall, contribuíram na compreensão da identificação de padrões matemáticos em tais imagens. Nossos resultados indicaram que os estudantes aprendem de forma instrumental e apresentam dificuldades de representar a generalização de forma a encontrar o termo geral. Nas tarefas computacionais, embora os estudantes identificassem os conceitos matemáticos e padrões necessários para resolver essas tarefas, eles sentiam dificuldades em explicitar verbalmente e em representar os conceitos e imagens envolvidos. Apesar disso, eles fizeram as imagens solicitadas com a ajuda dos softwares computacionais e chegaram por tentativa e erro às representações das imagens. Entretanto, quando eles recebiam uma imagem ou uma tarefa computacional já resolvida, eles não conseguiam representar essa imagem computacional por meio de um conceito matemático ou de uma fórmula geral. Com isso, nosso estudo salienta a relevância de se trabalhar sistematicamente tarefas de padrões matemáticos e associá-las às ideias e representações matemáticas e computacionais. Portanto, nossa tese é que os alunos participantes do PIBIC Jr sentiram-se motivados a aprender conceitos matemáticos e a resolver tarefas computacionais e desenvolveram competências cognitivas e emocionais de pesquisadores júnior. Ademais, eles buscaram estratégias para resolverem tarefas matemáticas de padrões, mas evidenciaram dificuldades em identificar matematicamente o termo geral. Assim, conseguiram identificar os elementos matemáticos na computação gráfica, mas tiveram dificuldades de representar imagens e associá-las a padrões matemáticos relacionados com essa tarefa computacional.

Orientador: Reginaldo Guirardello, Edson Antonio da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T04:59:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borba_CarlosEduardo_M.pdf: 1110111 bytes, checksum: 63275eb5d5a77c2de21ad202c6e300a3 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Uma das alternativas para a remoção de metais pesados presentes em efluentes líquidos é o processo de adsorção/troca iônica em colunas de leito fixo. O projeto de uma coluna de leito fixo é um tanto complexo, verificando-se assim a importância dos modelos matemáticos no projeto deste processo de separação, pois estes reduzem os custos de implantação de tal operação, pois a validação dos modelos pode ser realizada por meio de levantamento de dados experimentais em escala laboratorial. Assim, este trabalho teve como principal objetivo representar a dinâmica de remoção de metais pesados em colunas de adsorção de leito fixo por meio de modelagem matemática. Neste trabalho foram investigados quatro modelos matemáticos que representam a dinâmica de sorção em coluna de leito fixo, sendo que dois deles são modelos convencionais com solução analítica, enquanto os outros são modelos com solução numérica. Um dos modelos com solução numérica empregados para representar a dinâmica de sorção em leito fixo, tem como principal hipótese considerar que a difusão do íon no adsorvente e a difusão dos íons no filme líquido externo são as etapas controladoras na transferência de massa, sendo assim um modelo de dupla resistência. Neste modelo foi considerada uma força motriz linear (LDF) para difusão do íon no interior do adsorvente. O outro modelo com solução numérica considera a resistência à transferência de massa global na fase fluida e a cinética de adsorção/dessorção na superfície do adsorvente como etapas limitantes da transferência de massa. Para resolução destes modelos foi empregado o método dos volumes finitos. Assim, o sistema de equações diferenciais parciais foi discretizado em relação ao espaço resultando em um sistema de equações diferenciais ordinárias. Para resolver este sistema sujeito as condições iniciais e de contorno foi empregado a subrotina DASSL, cujo código fonte está em linguagem Fortran. O desempenho dos modelos foi avaliado a partir de dados experimentais de curva de ruptura obtidos na literatura, os quais investigaram a remoção de cobre (II) e níquel (II) em coluna de leito fixo utilizando como adsorvente a biomassa da alga marinha Sargassum sp. Os modelos matemáticos empregados representaram adequadamente a dinâmica de remoção de metais pesados em coluna de leito fixo. O modelo que considerou como etapas controladoras da transferência de massa a difusão do íon no filme líquido e a difusão no adsorvente, foi o que se ajustou melhor aos dados experimentais de curva de ruptura do cobre (II), enquanto na representação da dinâmica de remoção dos íons níquel (II), o modelo de Bohart e Adams obteve o melhor ajuste. Para o modelo, no qual as etapas limitantes da transferência de massa são a cinética de adsorção/dessorção na superfície do adsorvente e a difusão na fase fluida foi simulada uma concentração de alimentação variável com intuito de analisar um caso mais próximo da realidade do tratamento de um efluente industrial, porém sem o uso de dados experimentais que não foram encontrados disponíveis na literatura / Abstract: One of the alternatives for the heavy metal removal from liquid effluent is the process of adsorption/ionic exchange in fixed bed columns. The fixed bed column design is a complex one, where the importance of the use mathematical models the separation process is verified, because this reduces the costs of implantation of such operation. The models evaluation is performed by fitting experimental data usually collected in laboratorial scale. The main objective of this work was to represent the dynamics of heavy metal removal by adsorption process in fixed bed columns using mathematical modeling approach. In this work, four mathematical models have been investigated representing the dynamics of a sorption process in a fixed stream bed column. Two of the chosen models were conventional ones where analytical solution can be achieved, while the other models can be solved numerically. One of the models with numerical solution was used to represent the sorption dynamics in fixed bed and it has as a main hypothesis to consider that the ion diffusion in adsorbent as well the diffusion of ions in the external liquid film are the controlling stages in the mass transfer process so called double resistance model. In this model, an ion diffusion linear driving force (LDF) into the adsorbent was considered. The other model with numerical solution has considered the mass transfer resistance in the fluid phase and the kinetics of the adsorption/desorption process on the adsorbent surface as the limiting stages of the mass transfer phenomenon. The models were solved by using the finite volumes method. Thus, the system of partial differential equations was discretized in relation to the space resulting in a system of ordinary differential equations. To solve this system together with initial and boundary conditions a DASSL subroutine coded in Fortran programming language as used. The models performances was evaluated on the base of experimental data of breakthrough curve taken from the literature, which had investigated the copper (II) and nickel (II) removal in a fixed bed column having used as an adsorbent the biomass of marine algae Sargassum sp. The used mathematical models had adequately represented the dynamics of heavy metal removal in the fixed stream bed column. The model that has considered the ion diffusion in the liquid film and the diffusion in adsorbent as the controling stages in the mass transfer process has better fitted the experimental data of breakthrough curve of copper (II), while in the representation of the nickel (II) ions removal dynamics the Bohart and Adams' model behavior was better. Using the model, in which the limiting stages of the mass transfer were considered the kinetics of adsorption/desorption on the adsorbent surface and the diffusion in the fluid phase, a feeding concentration as a control variable was simulated. It was made to analyze a case closer to the reality of the industrial effluent treatment process. However, these simulation results have to be proven in the future using sets of necessary experimental data / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Ernesto Ruppert Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-20T23:24:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_RonaldoMartinsde_M.pdf: 3233726 bytes, checksum: 5759baf18d2a6b016b05d53a53a54803 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Apresenta-se um modelo matemático dinâmico térmico e elétrico para motores de indução com rotor em gaiola. O modelamento elétrico é descrito pelas equações de Park e pela equação de conservação de energia, enquanto o modelamento térmico é descrito por um sistema de quatro equações diferenciais de primeira ordem que representa o processo de transferência de calor no motor. O modelo apresentado pode ser utilizado para a determinação das características de desempenho térmico e elétrico para qualquer regime de carga, entretanto, ele se mostrou adequado, principalmente, para máquinas que operam em regimes continuamente transitórios. o modelo matemático apresentado também incorpora as variações dos parâmetros elétricos do enrolamento do rotor devido ao efeito pelicular / Abstract: A thermal and electrical dynamic mathematical model for squirrel cage induction motors is presented. The electrical model is described by Park 's equations and the torque equation, while the thermal model is described by a system of four first order diferential equations that represent the motor heat transfer processo The model presented can be used to determine thermal and electrical peformance for any operation condition. However, it is suitable mainly for machines operating under contiunously transient condition. The presented mathematical model also incorporate variation of rotor winding electrical parameters due to skin effect / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Laercio Luis Vendite / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-07-21T03:25:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leckar_HamiltonFaria_D.pdf: 3108709 bytes, checksum: a7f01446388f08097019085aa9a1c63f (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed / Doutorado / Doutor em Matemática Aplicada

Orientador: Rodney Carlos Bassanezi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-07-21T06:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Raimundo_SilviaMartorano_D.pdf: 3838411 bytes, checksum: 37f3d151451ac1922b8571328082790f (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Não informado. / Abstract: Not informed. / Doutorado / Doutor em Matemática Aplicada

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T07:22:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SpimJunior_JaimeAlvares_D.pdf: 14375446 bytes, checksum: 31f6fc15670838232973caf398155029 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Neste trabalho desenvolveu-se um modelo matemático tridimensional que permite a análise integral da solidificação, bem como o respectivo desenvolvimento das ferramentas computacionais referentes às aplicações práticas deste. Aferiu-se o respectivo modelo com resultados experimentais, obtidos nos laboratórios de pesquisa da universidade e em peças de escopo industrial, dentro das quais observou-se resultados satisfatórios com a realidade fisica dos sistemas estudados. Tais resultados servem como apoio ao desenvolvimento de projetos qualificados dos referidos sistemas bem como permite posteriormente a aplicação do mesmo modelo em peças de qualquer geometria e diferentes tipos de materiais. Posteriormente apresenta-se técnicas para o desenvolvimento de interfaces de programas, dentro das quais expõe-se os principios fundamentais para elaboração de bons programas de aplicação prática. Os resultados deste trabalho são de importância nos estudos futuros envolvendo técnicas de inteligência artificial, sistemas de controle, aplicações em sistemas de fundição com controle on-line via programas de computador e sistemasCAD/CAM / Abstract: In this work a three dimensional mathematical model was developed which permifs the integral analysis of the solidification process, as well as the necessary computer tools for practical applications. The model predictions were compared to experimental results obtained in the university laboratories, as well as in foundry industries and a good agreement was observed. Such results enable future applications of the developed model in qualified-projects of foundry systems, and in the analysis of solidification of complex shapes and different materials. Finally some techniques which permits optimizations in the development of computer programs are discussed. The resuIts obtained in this work are important for future research activities involving artificial intelligence techniques, control systems, applications of on line control in foundry systems, CAD/CAM, etc / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Rodney Carlos Bassanezi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Ciencia da Computação / Made available in DSpace on 2018-07-21T13:34:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vilcarromero_AngelaCristinaSantos_M.pdf: 3180645 bytes, checksum: 2c1dd258e75a04617c402d6f3a0deae4 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: o tema central da dissertação está baseado na análise dos principais modelos matemáticos determinísticos aplicados para Fitopatologia. Concentramo-nos principalmente em modelos que envolvem a resistência de determinados tipos de patógenos relativos a fungicidas normalmente utilizados. Como uma ciência, a Fitopatologia tenta aumentar nosso conhecimento das causas e do desenvolvimento das doenças de plantas, e também desenvolver controles para todas as doenças. Uma epidemia é o progresso da doença no tempo e no espaço. Epidemiologia é a ciência de populações de patógenos em populações de plantas hospedeiras, e as doenças resultantes sob a influência do meio ambiente e interferências humanas. Matemática e modelos ajudam a desemaranhar relações dos dados medidos no campo a fim de entender a estrutura e operação do sistema dinâmico natural. / Abstract: Not informed. / Mestrado / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Sergio Persio Ravagnani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T14:39:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_FlorivalRodriguesde_D.pdf: 6624055 bytes, checksum: dfa6a2b37fcc6158c42aea04e6f0fb9f (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: A literatura apresenta uma grande quantidade de trabalhos envolvendo a simulação de coluna de destilação, tanto no estado estacionário quanto no dinâmico, porém na sua grande maioria abordando a coluna na sua forma convencional. A recompressão de vapor em sistemas de destilação tem despertado o interesse dos pesquisadores em virtude da sua importância no que se refere a economia de energia. O presente trabalho estuda a utilização da simulação estática e dinâmica aplicada a uma coluna de destilação com recompressão de vapor. O processo de separação, via destilação, de compostos de baixa volatilidade relativa, como por exemplo, os xilenos mistos é extremamente intensivo sob os aspectos do consumo de energia.Neste estudo utilizou-se uma coluna separadora de xilenos mistos do tipo: etil-benzeno, para-xileno, meta-xileno, orto-xileno e 1,2,4-trimetil-benzeno, na qual foi feito um estudo comparativo, através da simulação estática, do consumo energético da coluna na sua forma convencional e com recompressão de vapor. Também foi feita a modelagem dinâmica da coluna na sua forma convencional e com recompressão para se observar o efeito do sistema de recompressão quando a coluna era perturbada nas variáveis: razão de refluxo,carga térmica no refervedor e vazão de alimentação. Para a análise do estado estacionário utilizou-se o programa comercial ASPEN PLUS e para a análise dinâmica utilizou-se o modelo fenomenológico clássico, denominado prato-aprato, onde as equações diferenciais foram integradas pelo método de Runge-Kutta ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The literature presents a great amount of work involving the simulation of a distillation column in the stedy state as well as in the dynamic state; however, the great majority of them deals with the column in its conventional arrangement The vapor recompression in distillation systems has raised the interest of researchers because of its importance in energy economy. In the present work the stedy state and dynamic simulation are applied to a distillation column with vapor recompression. The separation process by distilation of compounds of relatively low volatility, i.e., the mixed xylenes, is extremely intensive in the aspect of energy consumption. In this study, a separation column of mixed xylenes for the following compounds: ethyl-benzene, para-xylene, meta-xylene, ortho-xylene and l24-trimethyl-benzene was analysed. A comparative study was carried out in the energy consumption for a conventional column and one fitted with vapor recompression.. In addition, the dynamic modeling of the column in its conventional form and with Recompression were develloped to analyse the behavior of both system when the column suffers perturbations of reflux rate, thermal duty of the reboiler and feed rate. The analysis of the stedy state was performed using the ASPEN PLUS commercial program, and the dynamic analysis was done using a classical phenomenological model called tray-to-tray, where the differential equations were integrated by the Runge-Kutta method, develloped in the present thesis ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química