Considere-se uma placa plana, imersa num fluido que escoa, a qual executa um movimento não-permanente qualquer. O objetivo básico deste trabalho é calculas numericamente o campo de escoamento em torno da placa e, dessa forma, obter-se os coeficientes aerodinâmicos de sustentação e momento de arfagem. As principais hipóteses simplificadoras são: fluido não-viscoso, escoamento incompressível e irrotacional. O modelo que daí resulta permite a simulação da placa mediante uma distribuição de dipolos normais de intensidade uniforme. Para se obter o campo de velocidades lança-se mão do método dos painéis, sendo que o calculo dos coeficientes aerodinâmicos é feito utilizando-se a equação de Bernoulli linearizada. Os casos considerados para o movimento da placa são: mudança brusca do ângulo de incidência em relação a um escoamento uniforme (problema de Wagner), entrada paulatina numa rajada de canto vivo (problema de Kussner), entrada paulatina numa rajada de intensidade harmonicamente variável (problema de Sears) e movimento harmônico combinado de translação e rotação (problema de Theodorsen). O procedimento de calculo proposto é validado, para cada caso, via comparação com resultados analíticos encontrados na literatura.

O objetivo deste trabalho e o estudo experimental do escoamento sobre o modelo de um ônibus, de modo a tentar compreender sua configuração e influenciar as características de sua esteira. Um modelo de madeira com arestas vivas foi então construído e acoplado a uma placa plana, também construída de madeira. Esta, alem de servir como suporte, teve a função de simular as condições do solo durante os ensaios. Definimos esta placa plana como mesa automobilística. A partir deste modelo inicial, foram realiza das varias modificações, como arredondamentos destas arestas, para se verificar o comportamento do escoamento. A fixação de dispositivos defletores de escoamento em sua superfície, teve por objetivo estudar a influencia destes na formação da esteira. Tais modificações originaram vários modelos que foram ensaiados individualmente. Estes ensaios constituiram-se da distribuição depressão em torno dos modelos, da medição da forca de arrasto utilizando uma balança eletromecânica construída para esta finalidade, e do estudo da esteira que se forma na parte trasseira, utilizando-se anemometria de fio quente. O calculo do arrasto de base também foi realizado. Como técnica de visualização foram utilizados fios de lã fixados no modelo e na mesa automobilística, bem como de um dispositivo visualizador para a esteira. Com as modificações realizadas, o arredondamento das arestas da superfície frontal proporcionou uma efetiva redução do arrasto total, enquanto que a mais efetiva na diminuição do arrasto de base, foi a instalação de duas entradas de ar, uma em cada superfície lateral. Através de ensaios realizados, propomos uma configuração de escoamento para a esteira do modelo, formada por uma região de recirculação na parte inferior da superfície traseira, seguida do encontro, a uma distancia maior desta superfície, das camadas de cisalhamento livre provenientes das superfícies laterais do modelo.

Este trabalho consiste no estudo de otimização teórica do desempenho de coletores de energia solar de placas planas com a introdução de um degrau no perfil do aleta, promovendo portanto uma economia de material, em conjunto com um estudo experimental visando a minimização das perdas de energia na parte superior do coletor de energia solar. Inicialmente foi feito um estudo teórico de otimização no fator custo / fator de eficiência do coletor de energia solar entre quatro materiais, com diferentes espessuras de placas utilizados para confecção de aletas coletoras de energia solar, dendo eles o cobre, o alumínio, o aço e o aço galvanizado em função das distâncias entro os centros dos tubos, depois de terem sido especificados o material e as dimensões do coletor de energia solar, foi feito uma segunda otimização, agora em relação ao custo / fator de eficiência do coletor de energia solar proporcionado pela introdução de um degrau no perfil da aleta, em função da sua localização. Foi confeccionado um coletor de energia solar com as dimensões otimizadas, testes e ensaios de eficiência foram realizados conforme a Norma ASHRAE específica para coletores de energia solar. Foi feito um estudo experimental vizando minimizar as perdas de energia por convecção na parte superior do coletor de energia solar. Para tanto, foi introduzida uma parede no perímetro do coletor de enrgia solar ao invés da solução clássica de adicionar camadas de vidro. Finalmente foi realizada uma análise comparativa e conclusiva dos resultados obtidos experimentalmente.

O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento de flambagem e pós-flambagem de uma placa e um painel reforçado de alumínio sob cargas de cisalhamento. Nesta análise será utilizado o software comercial ABAQUS 6.5-1 e os resultados obtidos serão comparados com os da literatura. Neste trabalho serão mostrados os resultados do cálculo de carga crítica para uma placa de diferentes comprimentos e rigidez rotacional, bem como o comportamento de pós-flambagem para uma placas quadradas simplesmente apoiada e engastadas sob tensão de cisalhamento com diferentes percentuais de imperfeição. Já para um painel reforçado, será calculada a carga crítica de flambagem. Por fim, a não-linearidade do material será incorporada em um painel reforçado e será feita a análise de pós-flambagem deste painel.

Neste trabalho, são investigados os efeitos de condução e convecção de calor na seção transversal de um coletor solar plano, utilizando as abordagens de transferência de calor bidimensional desacoplada e conjugada. Através de um código comercial, baseado no método numérico de elementos finitos, realizou-se uma solução numérica das equações governantes para determinar as trocas de calor no coletor. Com os resultados obtidos pela abordagem conjugada, que considera a condução no sólido e a convecção no fluido de forma acoplada em um único domínio, verificou-se que o coeficiente de convecção e o número de Nusselt variam localmente, devido a distribuição de temperatura não uniforme na superfície interna do tubo. Entretanto, os valores médios desses parâmetros apresentaram boa concordância com os valores encontrados na literatura, validando assim a hipótese de coeficiente de convecção prescrito e uniforme utilizado pela abordagem desacoplada. Por fim, os resultados numéricos obtidos pela formulação bidimensional desacoplada foram comparados com os da formulação analítica unidimensional normalmente utilizada no projeto de coletores solares. Essa comparação tem como objetivo verificar em que faixa dos parâmetros adimensionais do problema, a formulação unidimensional apresenta as maiores diferenças para a determinação das taxas de calor trocada no coletor. As simulações foram realizadas para regime permanente, convecção forçada em escoamento laminar desenvolvido de um fluido Newtoniano e considerando que as propriedades do sólido e do fluido não variam com a temperatura.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2019-03-11T22:27:03Z No. of bitstreams: 1 Camila_Hinterholz_2018.pdf: 6217665 bytes, checksum: a00620aa466c15bb7a0ac5126e8c3614 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-03-11T22:27:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camila_Hinterholz_2018.pdf: 6217665 bytes, checksum: a00620aa466c15bb7a0ac5126e8c3614 (MD5) Previous issue date: 2018-11-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The objective of this study was to develop a laboratory-scale photobioreactor (PBR) capable of obtaining microalgae cultures with high cell density. For this, the cultivation of Poterioochromonas malhamensis was evaluated in a flat-plate PBR, built with a useful volume of 10 L. The microalga strain was isolated from an artificial lake from Toledo – PR. The whole study was based on the System Analysis Theory, in which the research was divided into four hierarchical levels. In the first level, the mass transfer (MT) parameters were evaluated by means of a fractionated factorial design (FFD) considering four factors: gas inlet flow (Qgas), CO2 in the inlet gas (φCO2), antifoam concentration (CAE) and salinity of the medium (φsal), whose adjustable values may represent the MT for the responses K_L a_(O_2 ),〖 K〗_L a_(CO_2 ),O_2^eq e CO_2^eq. Thus, the parameters K_L a_(O_2 ) (14.88 to 79.32 h-1) and K_L a_(CO_2 ) (0 to 125.40 h-1) were verified experimentally, as well as the equilibrium concentration variations: O_2^eq (37.33 to 99.66%) and CO_2^eq (0 to 98.33%) respectively, relative to the equilibrium values of the species dissolved in pure water. Still in the first level, the Euler-Euler model was used for the study of the fluid dynamics inside the PBR, with the software Comsol®, being evaluated three configurations: PBRA – without disperser; PBRB – with simple bubble disperser; and PBRC – with perforated disperser, whose bubble dispersion proposal ensured a higher frequency of the light-dark cycles, according to the simulations of water and bubbles flows performed in mono and multiphase systems, respectively. The influence of the bubble dispersion module on cell growth was verified experimentally with PBRA and PBRC runs, which showed a 175% increase in biomass production (15.7 g L-1) with use of PBRC. In the second hierarchical level, the tolerance of the strain to the adjustable conditions of the system was studied: Qgas, φCO2, in addition to temperature, lighting conditions, nutrient concentrations and organic carbon, using the pulse technique. Within the evaluated ranges, the results did not show inhibition of growth, but was accentuated in values above 30 °C. Also, at this level, assuming the production of 1 g L-1 biomass, M-8 and BG-11 media were optimized by linear mathematical programming, whose objective function subjected to constraints based elemental composition of the biomass. Therefore, the original and optimized media were evaluated regarding biomass production, as well as protein, carbohydrate, lipid and pigment chlorophyll-a, chlorophyll-b and carotenoids content of cells. ANOVA indicated the best medium for the production of biomass (M-8), whose optimized values were prepared in the nitrogen source evaluation cultures. In these, three inorganic sources – NH4NO3, NaNO3 and KNO3; and an organic – urea were compared, and it was verified by ANOVA that the most appropriate source for the production of biomass was urea. In the third hierarchical level, a growth model was proposed based on mass balances and the definitions of specific transformation velocity, conversion definition, CO2 and O2 dissociation reactions in water and Henry's Law. After applying the phenomenological modeling of unstructured and non-segregated models, a set of stoichiometric equations was built, which were used to evaluate kinetic models obtained from the literature, by which the influence of light, dissolved CO2 and O2, pH and temperature on cell growth. Using the results obtained at previous levels, the fourth-level study indicated that the simplified model proposed to describe the experimental data of Poterioochromonas malhamensis culture in closed PBR (cell growth, CO2 consumption in the gas phase, and variation in the pH of the medium) was adequate, whose simulations were also satisfactory for the consumption of the inorganic dissolved carbon species, as well as for the mass transfer between the phases. In this step, 32 kinetic and stoichiometric parameters were estimated in the fit of the proposed model to the experimental data, through an algorithm based on the Genetic Algorithms implemented in the software Maple®. Therefore, this study presented the use of the perforated bubble disperser module coupled to the proposed PBR, which allowed the achievement of what is characterized by ultra-high density culture, since ≈ 15 g L-1 of biomass were produced by the culture of P. malhamensis. It was also highlighted the possibility of optimizing important conditions for biomass cultivation, as well as for the design of PBRs, through the collection of experimental data, associated to appropriate statistical methodologies of evaluation and to kinetic and fluid dynamics modeling, according to the General Theory of Systems applied. / Este estudo teve por objetivo o desenvolvimento de um fotobiorreator (PBR) em escala laboratorial capaz de obter culturas de microalgas com alta densidade celular. Para isto, avaliou-se o cultivo de Poterioochromonas malhamensis em um PBR de placas planas, construído com volume útil de 10 L. A cepa desta microalga foi isolada de um lago artificial de Toledo – PR. Todo o estudo foi baseado na Teoria Geral de Sistemas em que se dividiu a pesquisa em quatro níveis hierárquicos. No primeiro nível avaliaram-se os parâmetros da transferência de massa, por meio de um planejamento fatorial fracionado (PFF) considerando-se quatro fatores: vazão de entrada de gás (Qgás), CO2 no gás de entrada (ϕCO2), concentração de antiespuma (CAE) e salinidade do meio (ϕsal), cujos valores ajustáveis podem representar a TM para as respostas K_L a_(O_2 ),〖 K〗_L a_(CO_2 ),O_2^eq e CO_2^eq. Com isso, foram verificados experimentalmente os parâmetros: K_L a_(O_2 ) (14,88 a 79,32 h-1) e K_L a_(CO_2 ) (0 a 125,40 h-1), bem como as variações de concentração das espécies dissolvidas no equilíbrio: O_2^eq (37,33 a 99,66%) e CO_2^eq (0 a 98,33%), respectivamente relativo aos valores de equilíbrio das espécies dissolvidas em água pura. Ainda no primeiro nível, o modelo de Euler-Euler foi utilizado para o estudo da fluidodinâmica dentro do PBR, por meio do software Comsol®, sendo avaliadas três configurações: PBRA – sem dispersor; PBRB – com dispersor de bolhas simples; e PBRC – com dispersor perfurado, cuja proposta de dispersão de bolhas garantiu maior frequência dos ciclos claro-escuro, de acordo com as simulações de fluxos de água e de bolhas realizadas em sistema mono e multifásico, respectivamente. A influência do módulo dispersor de bolhas sobre o crescimento celular foi verificada experimentalmente por ensaios feitos com o PBRA e o PBRC, a partir dos quais se verificou o aumento de 175% na produção de biomassa (15,7 g L-1) com a utilização do PBRC. No segundo nível hierárquico, foi estudada a tolerância da cepa frente às condições ajustáveis do sistema: Qgás, ϕCO2, CAE, além de temperatura, condições de iluminação, e concentrações de nutrientes e carbono orgânico, utilizando-se a técnica de pulsos. Dentro das faixas avaliadas, os resultados não mostraram inibição do crescimento, porém este foi acentuado em valores acima de 30°C. Também, neste nível, admitindo-se a produção de 1 g L-1 de biomassa, os meios M-8 e BG-11 foram otimizados por programação matemática linear cuja função objetivo sujeita a restrições baseadas na composição elementar da biomassa. Com isso, os meios originais e otimizados foram avaliados quanto à produção de biomassa, e ao teor de proteínas, carboidratos, lipídeos e pigmentos clorofila-a, clorofila-b e carotenoides. A ANOVA indicou o melhor meio para a produção de biomassa (M-8), cujos valores otimizados foram preparados nos cultivos de avaliação da fonte de nitrogênio. Nestes, três fontes inorgânicas – NH4NO3, NaNO3 e KNO3; e uma orgânica – ureia foram comparadas, verificando-se pela ANOVA que a fonte mais indicada para a produção de biomassa foi a ureia. No terceiro nível hierárquico, foi proposto um modelo de crescimento com base em balanços de massa e nas definições de velocidade específica de transformação, definição de conversão, reações de dissociação do CO2 e O2 em água e a Lei de Henry. Após a aplicação da modelagem fenomenológica de modelos não estruturados e não segregados, obteve-se um conjunto de equações estequiométricas, que foram utilizadas para avaliar modelos cinéticos obtidos da literatura, pelos quais se avaliaram a influência da luz, CO2 e O2 dissolvidos, pH e temperatura sobre o crescimento celular. Utilizando-se os resultados alcançados nos níveis anteriores, o estudo do quarto nível indicou que o modelo simplificado proposto para descrever os dados experimentais de cultivo de Poterioochromonas malhamensis em PBR fechado (crescimento celular, consumo de CO2 na fase gasosa, e variação no pH do meio) foi adequado, cujas simulações mostraram-se satisfatórias também para o consumo das espécies de carbono inorgânico dissolvido, bem como para a transferência de massa entre as fases. Nesta etapa, 32 parâmetros cinéticos e estequiométricos foram estimados no ajuste do modelo proposto aos dados experimentais, por meio de um algoritmo baseado nos Algoritmos Genéticos implementado no software Maple®. Portanto, o presente estudo apresentou a utilização do módulo dissipador de bolhas perfurado acoplado ao PBR proposto, o que permitiu a obtenção do que se caracteriza por cultura de densidade ultra alta, uma vez que ≈15 g L-1 de biomassa foram fornecidos pelo cultivo de P. malhamensis. Destacou-se, também, a possibilidade da otimização de condições importantes para o cultivo de biomassa, bem como para o projeto de PBRs, por meio do levantamento de dados experimentais, associado às adequadas metodologias estatísticas de avaliação e à modelagem cinética e fluidodinâmica, conforme se verificou pela Teoria Geral de Sistemas aplicada.