Dissertações em Engenharia Mecânica (Mestrado) - PPGEM/ITEC

URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/2342

O Mestrado Acadêmico pertence ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica (PPGEM) do Instituto de Tecnologia (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA).

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Acesso aberto (Open Access)
Análise da velocidade crítica de escoamento e estudo reológico de polpas de caulim da bacia do rio capim em dutos circulares
(Universidade Federal do Pará, 2009) RUFINO, Romulo Lima; CRUZ, Daniel Onofre de Almeida; http://lattes.cnpq.br/0536286226914691
A indústria mineral representa um grande estimulador da economia do estado, e como destaque nessa indústria podemos mencionar o setor do beneficiamento de Caulim. As soluções dos problemas relacionados a essa atividade mostram-se como uma oportunidade rara de interação universidade-indústria, além de ser um campo fértil para o desenvolvimento científico. Um ponto importante a ser estudado trata do escoamento da suspensão de caulim em dutos e equipamentos relacionados; problemas como incrustação e calculo da perda de carga não foram ainda resolvidos de forma definitiva pela indústria. Nesse contexto o presente trabalho se dispõe a desenvolver uma metodologia para o cálculo dos parâmetros de escoamento principalmente da velocidade mínima necessária para que as partículas em suspensão não depositem no interior dos dutos. Assim o objetivo macro desta dissertação reside em analisar através da implementação de metodologia, o cálculo da velocidade de deposição durante o escoamento de polpas de caulim com diferentes frações mássicas (% em peso de sólidos) no interior de dutos circulares; a partir do estudo reológico de amostras obtidas no seu processo de beneficiamento; propiciando assim, subsídio teórico aos técnicos e Engenheiros que desejam dimensionar um sistema de bombeamento aplicado a polpas de caulim; minimizando seus problemas de sub e superdimensionamento, que acarreta a deposição do material, causando danos à produção e meio ambiente, visto que se fará necessário à abertura da tubulação para remoção dos depósitos oriundos da baixa velocidade.
Acesso aberto (Open Access)
Análise experimental sobre velocidade de captura em sistemas de transporte pneumático
(Universidade Federal do Pará, 2006) GOMES, Luiz Moreira; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
A velocidade de transporte é um dos mais importantes parâmetros no transporte pneumático de sólidos. O êxito no transporte de materiais particulados depende da predição ou da determinação da velocidade mínima de transporte. Uma velocidade acima daquela necessária ao transporte estável das partículas sólidas conduz a um grande consumo de energia devido ao aumento na perda de pressão do sistema, degradação dos sólidos e abrasão dos sólidos e da tubulação. Já uma velocidade abaixo desse valor limite certamente resultará na deposição das partículas sólidas para o fundo da tubulação e conseqüentemente o entupimento desta. Neste trabalho, uma técnica para medir a velocidade mínima de captura de partículas sólidas em uma tubulação na direção horizontal em um sistema de Transporte Pneumático é desenvolvida. Ela baseia-se em observações visuais do comportamento das partículas ao ocorrer a captura, em medidas da velocidade de operação do gás e da massa das partículas capturadas. É realizada ainda a análise qualitativa de alguns parâmetros que influenciam na velocidade de captura das partículas, permitindo uma maior compreensão dos fenômenos envolvidos.
Acesso aberto (Open Access)
Caracterização das propriedades de fluxo da lama vermelha para fins de dimensionamento de silos: aplicação para tremonhas cônicas
(Universidade Federal do Pará, 2013-10-07) LOBATO, Júlio César Mendes; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
Um dos fatores que afetam o fluxo de produtos sólidos em silos é o teor de umidade, o qual se destaca por favorecer a formação de arcos coesivos. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho focou a determinação das propriedades de fluxo do produto lama vermelha e sua classificação quanto à sua escoabilidade em função da variação do teor de umidade. Tendo os teores de umidade influência no escoamento em tremonhas cônicas revestidas de chapas metálicas lisas e UHMW (Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular). Nesse intuito se utilizou o aparelho de cisalhamento direto “Jenike Shear Cell”, juntamente com três superfícies (acrílico, metálica e de UHMW) de parede. Para determinar o fator de fluxo da tremonha e o ângulo de inclinação com a horizontal, recorreu-se a metodologia gráfica proposta por Jenike para fluxo mássico. E na determinação do diâmetro mínimo da moega, aplicaram-se as equações propostas por Jenike e Enstad. Verificou-se que a lama vermelha é coesiva e possui fluxo do tipo difícil, com pouca variação para os teores de umidades estudados. A rugosidade das paredes testadas teve uma suave influência na inclinação da tremonha. Enquanto os resultados do diâmetro da moega sofreram variação em relação aos níveis de umidade analisados para a lama vermelha. A partir das observações feitas para o escoamento no silo modelo de acrílico se verificou que a medida que se eleva o teor de umidade mais difícil se torna o fluxo do produto lama vermelha.
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Caracterização de um gaseificador do tipo downdraft
(Universidade Federal do Pará, 2010) ALVES, Charles Denys da Luz; NOGUEIRA, Manoel Fernandes Martins; http://lattes.cnpq.br/2324813094737469
A gaseificação é uma conversão termoquímica da biomassa em gás combustível, que pode ser usado como combustível em motores de combustão interna ou como gás de síntese para a indústria química. Para checar o desempenho de um gaseificador temos de quantificar a energia contida no gás produzido e a quantidade de carbono convertido por meio dos cálculos de eficiência energética e de conversão de carbono através dos dados obtidos experimentalmente. A eficiência energética é uma relação entre os fluxos de gás e biomassa e de suas respectivas quantidades de energia, no mesmo sentido, a conversão de carbono é a quantidade de compostos carbonáceos presentes no gás convertido a partir da quantidade de carbono presente na composição da biomassa. O presente documento avalia a eficiência energética e de carbono na conversão de um protótipo de um gaseificador indiano do tipo downdraft produzido por uma empresa local (Floragás). Os parâmetros nominais do gaseificador são: capacidade de produção de gás de 45 kWt, consumo de biomassa (caroço de açaí) de 15 kg/h. As dimensões do gaseificador são: DI 150 mm e altura de 2000 mm). A eficiência energética e a taxa de conversão de carbono foram quantificados, a queda de pressão devido ao leito do reator e a temperatura dos gases também foram medidos na saída do reator e também, a concentração de alcatrão, partículas e gases não condensáveis (CO, CO2, CH4, SO2, N2 e NOx) nos gases de combustão após a sistema de limpeza.
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Estudo experimental de um reator de gaseificação em um leito fixo de açaí
(Universidade Federal do Pará, 2011-05-20) SANTOS, Robson Evilacio de Jesus; BRASIL, Augusto César de Mendonça; http://lattes.cnpq.br/0571960641751286
Um leito de gaseificação de pequena escala foi projetado, construído e operado com o objetivo de investigar os parâmetros que influenciam o processo de gaseificação de um leito fixo de caroço de açaí. O reator é do tipo topo aberto downdraft estratificado, de dimensões de 15 cm de diâmetro interno por 1,5 m de altura, com isolamento térmico. O gás produzido foi coletado a jusante do leito de gaseificação e condensado para remoção de alcatrão, o qual foi posteriormente quantificado em titulador Karl Fisher. Após remoção do alcatrão o gás foi introduzido em um Micro GC para quantificação dos percentuais molares de H2, CO, N2 e CH4. O perfil de temperatura do leito foi medido com termopares tipo K posicionados ao longo do eixo longitudinal do leito em distâncias de 10 cm. A vazão de ar foi medida com auxilio de um tubo de Pitot e um micromanômetro. As aquisições dos dados de temperatura foram feitas por um data logger e vazão mássica do ar sendo feita usando comunicação RS232 do micromanômetro. Os procedimentos experimentais foram feitos ao longo de 4 horas de operação do leito de gaseificação, com consumo médio de biomassa de 1,6 kg/h, com 6 dados do perfil de temperatura, vazão mássica de ar, perda de carga do leito e concentração dos gases obtidos no processo de gaseificação e quantificação do teor de alcatrão condensável presente no gás. Verificou-se que o gaseificador de leito de açaí pode ser operado através de uma gama bastante ampla de taxas de fluxo de ar de 2 a 5 kg/h, com a quantidade de energia do gás produzido variando de 5 a 15 MJ/h. As concentrações típicas dos gases obtidos no leito foram de 13% de H2, 11% de CO, 1,3% de CH4. A eficiência máxima de gás frio de 57% e teor médio de alcatrão de 155 g/m3.
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Interação CFD-DEM em fluidização: aplicação para o setor mineral
(Universidade Federal do Pará, 2013) CASTELO BRANCO JÚNIOR, Alan Mota; VAZ, Jerson Rogério Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/1623983294183975; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
A fluidização de partículas é amplamente utilizada na indústria, principalmente devido às altas taxas de transferência de calor e massa entre as fases. O acoplamento entre a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD – Computational Fluid Dynamics) e o Método dos Elementos Discretos (DEM – Discrete Element Method) tem se tornado atrativo para a simulação de fluidização, já que nesse caso o movimento das partículas é analisado de forma mais direta do que em outros tipos de abordagens. O grande problema do acoplamento CFD-DEM é a alta exigência computacional para rastrear todas as partículas do sistema, o que leva ao uso de estratégias de redução do tempo de simulação que em caso de utilização incorreta podem comprometer os resultados. O presente trabalho trata da aplicação do acoplamento CFD-DEM na análise de fluidização de alumina, que é um problema importante para o setor mineral. Foram analisados diversos parâmetros capazes de influenciar os resultados e o tempo de simulação como os passos de tempo, os modelos de arrasto, a distribuição granulométrica das partículas, a constante de rigidez, a utilização de partículas representativas com tamanho maior que o das partículas reais, etc. O modelo de força de interação DEM utilizado foi o modelo de mola e amortecedor lineares (LSD – Linear Spring Dashpot). Todas as simulações foram realizadas com o software ANSYS FLUENT 14.5 e os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais e da literatura. Tais resultados permitiram comprovar a capacidade do modelo linear LSD em predizer o comportamento global de leitos de alumina e reduzir o tempo de simulação, desde que os parâmetros do modelo sejam definidos de forma adequada.
Acesso aberto (Open Access)
Modelagem hidrodinâmica e estudo morfológico do Lago Água Preta: um dos mananciais da Grande Belém
(Universidade Federal do Pará, 2010) HOLANDA, Patrícia da Silva; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
As condições naturais dos recursos hídricos podem ser modificadas com o uso insustentável dos mesmos. Por exemplo, em Belém, capital do Estado do Pará, o lago Água Preta, apresenta uma história de degradação que põe em risco o abastecimento de água potável em Belém. Nesse contexto, a principal contribuição do presente trabalho, é a realização de um estudo sobre a modelagem hidrodinâmica e a morfologia do lago Água Preta. Tal estudo foi efetuado a partir de duas fontes de dados. A primeira é um mapa topobatimétrico de 1975, que faz parte dos arquivos da COSANPA. A segunda foi uma batimetria realizada com um ADCP em 2009. A modelagem iniciasse com a elaboração dos modelos de elevação de terreno de 1975 e 2009, também utilizados para o estudo morfológico do lago. Para a utilização do modelo hidrodinâmico, são necessários os modelos de elevação de terreno supracitados; o modelo de rugosidade do relevo subaquático do lago, para o cálculo do coeficiente de Manning; e as condições de contorno. As simulações hidrodinâmicas de velocidade e profundidades foram realizadas utilizando o modelo de Saint-Venant do tipo águas rasas. No caso das profundidades, as mesmas foram comparadas com dados disponíveis na literatura, a fim de validá-las. Os resultados das simulações hidrodinâmicas, ou seja, profundidades e velocidades, associadas ao estudo morfológico, são peças chave na análise dos padrões de escoamento e de tendências de assoreamento do lago.
Acesso aberto (Open Access)
Predição do desempenho de gasificadores de biomassa utilizando equilíbrio químico
(Universidade Federal do Pará, 2007-08-10) OLIVEIRA, Antônio Geraldo de Paula; NOGUEIRA, Manoel Fernandes Martins; http://lattes.cnpq.br/2324813094737469
A tecnologia de gasificação tem sido objeto de estudo de vários pesquisadores ao redor do planeta, principalmente para aplicações na geração de eletricidade a partir de biomassa. Neste trabalho é apresentado um modelo simplificado para gasificação de biomassa baseado nas considerações de equilíbrio químico. O modelo consiste da aplicação das leis de conservação de massa e energia acompanhadas da aplicação da minimização da energia livre de Gibbs no gás produzido. Apesar da simplicidade do modelo seus resultados são confiáveis ao predizer os parâmetros de trabalho de sistemas de gasificação. A composição da biomassa, temperatura do ar, teor de umidade e perdas de calor são parâmetros que podem ser variados para se fazer a análise dos diferentes pontos de operação do gasificador. Os resultados obtidos foram comparados com resultados experimentais e apresentaram boa concordância com os mesmos.
Acesso aberto (Open Access)
Simulação de sistemas de simples estágios de refrigeração por compressão de vapor
(Universidade Federal do Pará, 2006-09-18) ZIGMANTAS, Paulo Vitor de Matos; LIMA, Carlos Umberto da Silva; http://lattes.cnpq.br/3180435250091076
Na atualidade, o estudo do desempenho térmico de um sistema de refrigeração por compressão de vapor representa uma ferramenta importante no auxílio do desenvolvimento de novos produtos ou melhoria dos já existentes. Um modelo de simulação em regime permanente foi elaborado para avaliar o desempenho do sistema frigorífico. O sistema estudado inclui uma Central de Ar Condicionado, modelo PA HILTON, constituída de um compressor alternativo do tipo semi-hermético, evaporador e condensador compacto de tubos e aletas e uma válvula de expansão termostática. O modelo do condensador considera três regiões distintas de troca de calor as quais são respectivamente a região de dessuperaquecimento, condensação e subresfriamento. Para a modelagem do evaporador, foram consideradas as regiões de evaporação e superaquecimento. No modelo de simulação foram utilizadas correlações adequadas para a estimativa dos coeficientes de transferência de calor e perda de pressão para cada região do evaporador e condensador. Não foram consideradas a transferência de calor e queda de pressão nas linhas de conexão entre os componentes. A solução do sistema de equações não lineares resultantes da modelagem matemática dos componentes do sistema simulado foi obtida utilizando-se o método das substituições sucessivas com o emprego do software Engineenng Equation Solver . Os resultados obtidos pelo modelo de simulação apresentaram erros inferiores a 9% em relação aos valores experimentais.
Acesso aberto (Open Access)
Simulação numérica da gaseificação de biomassa em leito fixo
(Universidade Federal do Pará, 2011) ITAI, Yuu; MALICO, Isabel; BRASIL, Augusto César de Mendonça; http://lattes.cnpq.br/0571960641751286
O objetivo deste trabalho foi avaliar a potencialidade das sementes de açaí rejeitadas após beneficiamento em Belém – Pará, a fim de ser usada como fonte de biomassa para a produção de energia por gaseificação. Resultados da análise elementar obtidas no LABCAT – UNB em base seca foram obtidas com percentuais de Carbono, 46,06 %, Hidrogênio 6,01 % Oxigênio 43,37 %, Nitrogênio 4,33 % e Enxofre 0,08%. Tais valores entre outros parâmetros obtidos em estudo experimental realizados por Santos 2011 e Cruz, 2010, foram utilizados para realizar uma simulação numérica do processo de gaseificação por meio de um código FORTRAN zero dimensional desenvolvido especificamente para esta finalidade. Variações da influência da razão de equivalência e teor de umidade nas concentrações de CO, H2 e CH4 foram comparados a resultados experimentais. Um modelo transiente unidimensional também foi analisado. Utilizando a aplicação de um mecanismo de pirólise de dois passos onde o alcatrão primário (ou oxigenados) são inicialmente formados e então craqueados em alcatrão secundário (ou hidrocarbonetos) e outros gases combustíveis. Assim se revela a complexidade dos processos físicos e químicos que ocorrem no reator pelo uso do balanço de energia e massa e com informações das taxas de reação das reções químicas e os processos de transporte físicos. O modelo computacional é capaz de prever o perfil da composição de gases, temperatura, alcatrão primário e secundário ao longo do eixo longitudinal do gaseificador. Foram obtidos resultados para simulações realizadas nos dois modelos e posteriormente analisado tal comportamento em comparação ao resultado experimental obtidos por Santos (2011).

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