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Análise da fluidodinâmica do escoamento core annular de líquidos imiscíveis em duto horizontal
(2015) Machado, Franciele Rocha; Silva, Adriano da; Rosa, Cezar Augusto da
As características do petróleo na natureza fazem da sua exploração e produção uma atividade de grande complexidade tecnológica e de custo elevado. O processo de exploração de petróleo está geralmente associado ao escoamento multifásico, sendo este muito comum em instalações de produção, movimentação e processamento. Especificamente o escoamento multifásico, na indústria petrolífera, tem complicações, pois as fases não são componentes simples e sim misturas de hidrocarbonetos. Em geral, a Indústria do Petróleo está interessada em determinar a queda de pressão associada aos efeitos de atrito com a parede do duto e a viscosidade da mistura, bem como em descrever o comportamento das fases. Esses fatores fazem com que durante o escoamento de líquidos imiscíveis, as interfaces adquiram uma variedade de distribuições características às quais são chamadas de regime de escoamento, que se caracterizam por sua configuração física. Diferentes configurações exigem diferentes modelos para a determinação da dinâmica do escoamento e da relação entre a queda de pressão e a vazão da mistura. Neste contexto, a realização deste trabalho visa à descrição do escoamento core annular água-óleo no interior de dutos horizontais. A simulação numérica deste escoamento foi desenvolvida em um modelo 3D usando o software Fluent 14.5, onde analisou o comportamento da interface água-óleo quando no escoamento core annular, frente a diferentes vazões de água e diferentes viscosidades do óleo. Foi usado, para o tratamento da interface, o método de volume de fluido (VOF) empregando o esquema da reconstrução geométrica. A metodologia de resolução foi capaz de descrever o movimento da interface água-óleo, de prever a fração volumétrica de cada fluido ao longo do escoamento e a queda de pressão. Os resultados obtidos através das simulações numéricas descreveram a hidrodinâmica do escoamento, observando o regime core annular (espesso e fino) no duto horizontal para os diferentes óleos. Os resultados demonstraram que o regime core annular muda com o aumento da velocidade superficial da água. E através desse escoamento foi possível reduzir significativamente a queda de pressão, com relação ao escoamento monofásico de óleo. Estes resultados foram confrontados com dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura, e observou-se uma boa concordância entre os mesmos.
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Análise da fluidodinâmica do escoamento Core Annular de líquidos imiscíveis em duto horizontal
(2015) Machado, Franciele Rocha; Silva, Adriano da; Rosa, Cezar Augusto da
As características do petróleo na natureza fazem da sua exploração e produção uma atividade de grande complexidade tecnológica e de custo elevado. O processo de exploração de petróleo está geralmente associado ao escoamento multifásico, sendo este muito comum em instalações de produção, movimentação e processamento. Especificamente o escoamento multifásico, na indústria petrolífera, tem complicações, pois as fases não são componentes simples e sim misturas de hidrocarbonetos. Em geral, a Indústria do Petróleo está interessada em determinar a queda de pressão associada aos efeitos de atrito com a parede do duto e a viscosidade da mistura, bem como em descrever o comportamento das fases. Esses fatores fazem com que durante o escoamento de líquidos imiscíveis, as interfaces adquiram uma variedade de distribuições características às quais são chamadas de regime de escoamento, que se caracterizam por sua configuração física. Diferentes configurações exigem diferentes modelos para a determinação da dinâmica do escoamento e da relação entre a queda de pressão e a vazão da mistura. Neste contexto, a realização deste trabalho visa à descrição do escoamento core annular água-óleo no interior de dutos horizontais. A simulação numérica deste escoamento foi desenvolvida em um modelo 3D usando o software Fluent 14.5, onde analisou o comportamento da interface água-óleo quando no escoamento core annular, frente a diferentes vazões de água e diferentes viscosidades do óleo. Foi usado, para o tratamento da interface, o método de volume de fluido (VOF) empregando o esquema da reconstrução geométrica. A metodologia de resolução foi capaz de descrever o movimento da interface água-óleo, de prever a fração volumétrica de cada fluido ao longo do escoamento e a queda de pressão. Os resultados obtidos através das simulações numéricas descreveram a hidrodinâmica do escoamento, observando o regime core annular (espesso e fino) no duto horizontal para os diferentes óleos. Os resultados demonstraram que o regime core annular muda com o aumento da velocidade superficial da água. E através desse escoamento foi possível reduzir significativamente a queda de pressão, com relação ao escoamento monofásico de óleo. Estes resultados foram confrontados com dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura, e observou-se uma boa concordância entre os mesmos.
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Avaliação de catalisadores para a reação de conversão da terebentina
(2022) Radmann, Cristian Tessmer; Mortola, Vanessa Bongalhardo; Rosa, Cezar Augusto da
A terebentina é uma importante matéria-prima devido suas características únicas. É conhecida como aguarrás natural e é composta por uma variedade de terpenos. Sua composição majoritária refere-se aos isômeros α e β-pineno, os quais são destinados a uma série de reações, de diferentes naturezas. A reação de isomerização do α e do β-pineno evidencia grande interesse industrial devido aos produtos gerados neste processo, tal como o canfeno, limoneno, α e γ-terpinoleno. Desta forma, tem-se um grande interesse em catalisadores seletivos e estáveis aplicados na reação de isomerização da terebentina bruta. Sendo assim, este trabalho teve por objetivo preparar diferentes catalisadores com propriedades ácidas e avaliá-los quanto suas performances catalíticas na reação de isomerização da terebentina, tais como a zeólita ZSM-5, a alumina e a sílica. A distribuição de produtos da reação apresentou diferenças quanto a seletividade e rendimento, de acordo com a variação da temperatura e catalisador avaliado. A alumina apresentou os melhores resultados na temperatura de 250 °C, alcançando uma seletividade de 55% ao canfeno após 6 h de reação. A sílica, por sua vez, não apresentou atividade catalítica significativa na conversão da terebentina. Os melhores resultados foram obtidos na utilização da zeólita HZSM-5. Na temperatura de 200 °C, após 6 h de reação, houve uma conversão de 95% do β-pineno e 83% do α-pineno, assim como uma seletividade de 36% ao canfeno e 17% ao α-terpineno. Sendo assim, tratando-se da conversão por isomerização da terebentina sobre sítios ácidos, os resultados que indicam uma melhor performance tanto da seletividade ao canfeno e ao αterpineno, quanto da conversão da matéria-prima, ao utilizar a zeólita HZSM-5, se deu na temperatura de 200 °C. Tais resultados demonstram a possibilidade da conversão direta da terebentina, uma matéria-prima natural, para compostos de alto valor agregado, tais como o canfeno e o γ-terpineno.
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Diffusive model with variable effective diffusivity considering shrinkage in thin layer drying of chitosan
(Elsevier, 2007) Batista, Lucia de Moraes; Rosa, Cezar Augusto da; Pinto, Luiz Antonio de Almeida
In the thin layer drying of chitosan, a diffusive model considering the material volume change was used, due to the occurrence of shrinkage during the operation. The samples were placed in a rectangular tray with 4 mm of thickness, and inserted in the discontinuous dryer, with parallel air flow at 60 °C of temperature and air speed of 1.5 m/s. The sample shrinkage occurred in the thickness, and the linear shrinkage coefficient was constant. In the model, variable moisture effective diffusivity and equilibrium conditions at the material surface were considered. The dimensionless second order non linear partial differential equation, resulting from the model, was solved numerically by the finite differences technique. A good agreement between the numerical data of the average moisture content, obtained by the model, and the experimental data was observed.
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Estudo da influência dos parâmetros geométricos de um cristalizador radial utilizando um modelo CFD multiescala e o método de design construtal
(2022) Rodrigues, Gustavo Villela; Rosa, Cezar Augusto da; Santos, Elizaldo Domingues dos
Novos processos de cristalização são estudados constantemente para, posteriormente, serem implementados na indústria farmacêutica. Para o auxílio destes estudos, são utilizadas as ferramentas computacionais, dentre as quais, a mais utilizada é a computational fluid dynamcs (CFD). Neste estudo, a modelagem computacional, atrelada a metodologia de design construtal, foi utilizada para avaliar a influência dos parâmetros geométricos de um cristalizador radial de escoamento contínuo na eficiência de micromistura, conversão de soluto e distribuição granulométrica. A cristalização antissolvente da lovastatina foi utilizada como operação unitária modelo para a execução deste trabalho. Para análise numérica deste trabalho, foi utilizado um modelo multiescala que acopla as equações de escoamento turbulento (Reynolds-Averaged- Navier-Stokes), com os modelos de função de densidade de probabilidade (PDF) presumida de três ambientes, balanço de energia e balanço populacional, bem como a termodinâmica não ideal de misturas. Este modelo multiescala foi implementado e resolvido numericamente em regime transiente utilizando o software OpenFOAM. A equação de balanço populacional foi discretizada na coordenada interna utilizando o método dos volumes finitos utilizando esquema de alta resolução. Comprovou-se que a configuração dos parâmetros de construção do cristalizador influencia a performance da cristalização da lovastatina por antissolvente em regime contínuo.
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Estudo da transferência de calor em leito fluidizado: análise numérica e experimental
(2015) Luz, Nathalia Camacho; Rosa, Cezar Augusto da
O leito fluidizado está presente na maioria das indústrias devido a sua multifuncionalidade, portanto o entendimento dos fenômenos complexos que ocorrem durante a operação desse equipamento, como a transferência de calor, é de fundamental importância para o aperfeiçoamento do mesmo. Dentro desse contexto, a transferência de calor em leito fluidizado foi abordada através de análises experimentais e numéricas. As análises experimentais permitiram a avaliação da influência de parâmetros, como velocidade e temperatura do gás de entrada, na transferência de calor do sistema, além de fornecerem dados úteis para as análises numéricas, análises essas que foram realizadas com os objetivos de validar e ajustar modelos térmicos permitindo, assim, uma boa previsão da transferência de calor do sistema e a otimização do leito fluidizado desde seu projeto. Nos ensaios experimentais foram coletados dados de temperatura através de termopares localizados esquematicamente na coluna de leito fluidizado. Tais termopares, juntamente com transdutores utilizados na calibração da placa de orifício e obtenção de dados da queda de pressão do leito, estavam conectados a um sistema de aquisição de dados que permitiu, através do software LabVIEW 8.5, a coleta das informações de temperatura e pressão. Os dados de temperatura e velocidade mostram que ambos os parâmetros tem influência no equilíbrio térmico do sistema, sendo que a velocidade tem influência mais significativa, o que já era esperado visto que o coeficiente térmico é proporcional ao número de Reynolds. As análises numéricas foram resolvidas no software Fluent 14.5 com base na técnica CFD com abordagem Euleriana. Foram simuladas as condições operacionais dos experimentos realizados nesse trabalho e também das condições operacionais dos experimentos de Rizzi (2008). Três modelos térmicos convectivos, de Gunn (1978), Li e Mason (2000) e Palancz (1982) e dois condutivos, Hsiau e Hunt (1993) e Kuipers et al. (1992) foram avaliados. As análises numéricas mostraram que os modelos condutivos não têm influência significativa no perfil de temperatura do leito quando comparado aos convectivos, dentre esses o que apresentou melhor comportamento, apesar de superestimar o coeficiente de transferência de calor, foi o de Gunn (1978). Portanto esse modelo foi ajustado a fim de melhor sua previsão, para isso foram simulados três ajustes onde apenas um apresentou resultados próximos aos experimentais.
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Modelagem e simulação da hidrodinâmica e transferência de oxigênio em um biorreator utilizando CFD
(2018) Almeida, Thiago Roberto; Rosa, Cezar Augusto da
Este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo da hidrodinâmica e da transferência de massa envolvidos no processo de aeração promovido em um biorreator de escala laboratorial, através da utilização de ferramentas computacionais e modelagem matemática. Tal estudo se justifica ao apresentar modelos para o aprimoramento do processo de aeração, com ênfase nos fenômenos hidrodinâmicos do cenário proposto, assim como na transferência de oxigênio. Fez-se uso de ferramentas e conhecimentos da Fluidodinâmica Computacional (CFD), ramo da ciência que busca o aperfeiçoamento e melhor compreensão da relação entre as variáveis de um sistema, através da predição quantitativa e/ou qualitativa, fazendo-se uso de softwares computacionais baseados em modelagem matemática. A modelagem foi realizada utilizando a formulação VOF (Volume of Fluid), com a adição de equações extras de transporte de grandezas escalares e relações adicionais para o cálculo do coeficiente local de transferência de massa. Para a solução do conjunto de equações do modelo matemático foi utilizado o software FLUENT 14.5, este presente no conjunto de ferramentas de simulação e modelagem ANSYS Workbench. Foram utilizadas funções (denominadas UDFs - User Defined Function) para incorporar o cálculo do coeficiente de transferência de massa entre os meios líquido e gasoso, bem como a área interfacial, além da análise de diferentes correlações para o cálculo de tal coeficiente. Os resultados obtidos através da modelagem foram comparados com dados obtidos de maneira experimental e mostraram-se promissores para a previsão do comportamento hidrodinâmico do cenário, assim como para a previsão das taxas de transferência de oxigênio no biorreator.