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Análise computacional dos campos de velocidade e temperatura do ambiente interno da usina termelétrica Santana - Amapá
(Universidade Federal do Pará, 2008-08-07) OLIVEIRA FILHO, Álvaro Henriques de; SAID, Mounsif; http://lattes.cnpq.br/8493361134195157
A simulação numérica do escoamento de ar em ambientes internos é na atualidade o método mais apropriado para análise de conforto térmico em ambientes internos. O escoamento de ar nesses ambientes configura-se como um escoamento complexo, pois, em regra geral, é uma combinação de escoamentos cisalhantes livres (jatos) e cisalhantes de parede, além disso, esses escoamentos são governados por forças de inércia e forças de empuxo, caracterizando-o como de convecção mista. A combinação desses mecanismos cria um escoamento com características complexas, como zonas de recirculação, vórtices, descolamento e recolamento de camada-limite dentre outras. Portanto, a precisão da solução estará diretamente ligada, principalmente, na habilidade do modelo de turbulência adotado de reproduzir as características turbulentas do escoamento de ar e da transferência térmica. O objetivo principal do presente trabalho foi a simulação computacional do ambiente térmico interno do galpão que abriga os geradores e motores Wärtzilä da Usina Termelétrica Santana no estado do Amapá. A formulação matemática baseada na solução das equações gerais de conservação inclui uma análise dos principais modelos de turbulência aplicados ao escoamento de ar em ambientes internos, assim como os processos de transferência de calor associados. Na modelagem numérica o método de volumes finitos é usado na discretização das equações de conservação, através do código comercial Fluent-Airpak, que foi usado nas simulações computacionais para a análise dos campos de velocidade e temperatura do ar. A utilização correta do programa computacional foi testada e validada para o problema através da simulação precisa de casos retirados da literatura. Os resultados numéricos foram comparados a dados obtidos de medições experimentais realizados no galpão e apresentou boa concordância, considerando a complexidade do problema simulado, o objetivo da simulação em face da diminuição da temperatura no interior do galpão e, também, em função das limitações encontradas quando da tomada das medições experimentais. Além disso, foram feitas simulações de estratégias de melhoria do ambiente térmico da Usina, baseadas na realidade levantada e nos resultados da simulação numérica. Finalmente, foram realizadas simulações do protótipo de solução proposto para a diminuição da temperatura interna do galpão o que possibilitará um aumento, na faixa de 20 a 30%, do tempo de permanência no interior do galpão.
Acesso aberto (Open Access)
Análise da forma da partícula na aplicação do Método dos Elementos Discretos (DEM)
(Universidade Federal do Pará, 2013-08-06) SANTOS, Elias Gomes dos; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
O presente trabalho analisa o efeito da forma da partícula por meio do método dos Elementos Discretos (DEM). São analisadas quatro partículas com formas e esfericidades diferentes – uma esférica e três não-esféricas. O ângulo de repouso é o principal instrumento de avaliação dos escoamentos. A análise inicia com a calibração da partícula esférica usando dados da literatura, em seguida, estes parâmetros calibrados são empregados para a simulação dos escoamentos das partículas não-esféricas. São feitas comparações dos esforços computacionais e, estas informações, são usadas para verificar as vantagens que a partícula esférica oferece sobre as outras três formas. Nesse cenário, procedimentos foram desenvolvidos para ajudar no processo de calibração dos ângulos de repousos, tendo como base, o conhecimento da sensibilidade de alguns parâmetros DEM. Os resultados mostram a influência das partículas não-esféricas e, principalmente, que é possível obter com a partícula esférica, escoamentos similares aos das partículas não-esféricas, com ganho computacional.
Acesso aberto (Open Access)
Análise da resistência a corrosão do aço carbono revestido com Al55-Zn após deformação mecânica e tratamento térmico
(Universidade Estadual de Campinas, 2001-01-12) BESERRA, Antonio Adelmo Freire; FREIRE, Célia Marina de Alvarenga; http://lattes.cnpq.br/6392994144210466
O revestimento de Al55-Zn apresenta uma resistência à corrosão atmosférica em média doze vezes superior à do revestimento galvanizado. Entretanto, após deformação mecânica, o revestimento de Al55-Zn apresenta microtrincas que comprometem a sua resistência à corrosão. Neste trabalho estudou-se a variação na resistência à corrosão do revestimento de Al55-Zn após deformação sob tração ou dobramento e a influência de tratamentos térmicos a '200 GRAUS' e a '360 GRAUS' durante 16h na resistência à corrosão do revestimento antes e depois das deformações. Para isso, um grupo de amostras do material foi deformado sob tensão de tração até 10% ou 15% de seu comprimento inicial e outro grupo foi dobrado até '90 GRAUS' ou '180 GRAUS'. A variação na resistência à corrosão do revestimento foi analisada através das técnicas de extrapolação de Tafel e de espectroscopia de impedância eletroquímica. Como resultado, observou-se que tanto a deformação axial quanto o dobramento do material reduzem a sua resistência à corrosão. Após o tratamento térmico a '360 GRAUS' as amostras deformadas até 10% ou 15% recuperaram a sua resistência à corrosão, entretanto, as amostras dobradas até '90 GRAUS' ou '180 GRAUS' apresentaram apenas uma recuperação parcial na sua resistência à corrosão após os tratamentos térmicos.
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 das emissões de uma microturbina a gás utilizando biodiesel
(Universidade Federal do Pará, 2011) FERREIRA, Ricardo Wallace Machado; NOGUEIRA, Manoel Fernandes Martins; http://lattes.cnpq.br/2324813094737469; GUERRA, Danielle Regina da Silva; http://lattes.cnpq.br/6750321690921056
O trabalho apresenta um estudo experimental com a utilização de biodiesel, diesel, suas misturas e Gás Natural em uma microturbina à gás. O estudo tem como principal objetivo entender as emissões. O aparato experimental foi construído inteiramente com o propósito de realizar ensaios com gás natural e adaptações na linha de abastecimento foram realizadas para o fornecimento do combustível líquido, não tendo sido realizadas modificações na câmara de combustão. Os experimentos foram realizados para as rotações de 45.000rpm, 50.000rpm, 55.000rpm e 60.000rpm. Pelas dificuldades experimentais encontradas para o entendimento do processo de combustão e emissões geradas, um procedimento complementar para a estimativa das emissões é apresentado, resolvendo-se e estimando-se a composição das emissões através do software ComGas V1.0 para cálculo de combustão no equilibrio. Como contribuição, são apresentados dados experimentais de CO, CO2, O2, temperatura de exaustão dos gases, além das vazões mássicas, vazões molares, caracterização energética dos combustíveis e misturas.
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 analítico experimental de um conjunto gaseificador
(Universidade Estadual de Campinas, 1983) MORAES, Sinfrônio Brito; ISMAIL, Kamal Abdel Radi; http://lattes.cnpq.br/2741276950055207
O estudo proposto neste trabalho está baseado num estudo de parâmetros influentes no processo de gaseificação ascendente ou Contra-Corrente. O gaseificador utilizado foi um prototipo modular. O módulo inferior com diâmetro externo de 50cm e diâmetro interno 42cm devido ao refratário e às paredes duplas para o pré-aquecimento do ar de entrada. O módulo superior de diâmetro externo de 55 cm e interno 50,6 cm é constituido também de paredes duplas por causa das extrações de gás estarem lozalizadas a duas alturas diferentes. Os dois módulos são acplados entre si de tal maneira que podemos variar a altura de carga do gaseificador, assim como, a altura da saída de gás. O processo utilizado na gaseificação foi o "gás de ar" ou "gás pobre". O estudo foi dividido em duas geometrias, variando entre elas a relação da altura da saída de gás pelo diâmetro do gaseificado. Quando a extração de gás se processou pelos furos superiores com uma relação δ = 3,09 denomina-mos de geometria superior e para δ = 2,14 de geometria inferior. Para cada uma das geometrias foram realizadas cinco experiências com vazões de ar diferentes. Foram medidas as temperaturas em três pontos distintos do gaseificados a fim de verificarmos o comportamento das zonas de reação de acordo com as temperaturas, assim como, os fluxos de ar, gás, carvão gaseificado e vapor d'água contido no ar foram medidos a fim de que as análises fossem feitas es termos de parâmetros adimensionais. A composição do gás foi analisada cromatograficamente para todos os experimentos a fim de determinarmos o poder calorífico do gás, as parcelas de energia de cada componente na mistura do gás resultante, a potência calorífica do gaseificador. Com relação a composição do gás de ar, devido as nossas condições ambientais a gaseificação comportou-se como se fosse uma composição de gás d'água apresentando em sua análise parcelas de hidrogênio e metano proporcionando assim um aumento no poder calorífico do gás e consequentemente aumento da potência calorífica do gaseificador.
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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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Implantação de CGH's na Amazônia: uma visão global com ênfase nos aspectos hidrológicos, tecnológicos, ambientais e financeiros
(Universidade Federal do Pará, 2007) BEZERRA, Fábio Vinícius Vieira; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Um problema de grande relevância social na Amazônia é o fato das pequenas comunidades isoladas não serem contempladas pelos benefícios dos grandes empreendimentos hidrelétricos instalados na região. Uma solução alternativa a para este problema, é o aproveitamento da grande malha de pequenos rios e igarapés da região a partir da implantação de Centrais Geradoras Hidrelétricas – CGH’s (antigas mini e microcentrais). Dentro deste contexto, o presente trabalho analisa e discute certos aspectos gerais inerentes à implantação das CGH’s, e principalmente, trazendo-os à realidade das pequenas bacias Amazônicas. Os aspectos a serem abordados neste trabalho dizem respeito às avaliações preliminares de terreno, aspectos hidrológicos, tecnológicos, ambientais e financeiros. Os aspectos são analisados de forma global para implantação de CGH’s e suas etapas, também analisados e aplicados a um estudo de caso – implantação da CGH irmã Dorothy na pequena bacia hidrográfica do Igarapé são João em Anapú-pa, onde foi possível a utilização de metodologia existente para um estudo aprimorado de implantação de CGH’s na Amazônia. No âmbito hidrológico, utilizou-se um modelo chuva-vazão desenvolvido por Blanco 2005 e aplicou a pequenas bacias da Amazônia que não possuem registros de vazão. Nos aspectos tecnológicos utilizou ferramentas computacionais para predição de desempenho de turbinas axiais de baixa queda adaptas ao relevo da região, e simulados para a turbina axial a ser implantada na CGH irmã Dorothy. No contexto ambiental atualmente há forte cobrança pelas autoridades competentes locais para realização do estudo ambiental inerente ao aproveitamento, e se tratando da região Amazônica, ambientalmente muita agredida pela ação do homem, os estudos devem ser bem definidos, apontando os possíveis impactos que podem ser causados pela CGH, descritos no RAS (Relatório Ambiental Simplificado) anexo deste trabalho. Desta forma foi desenvolvido um método para cálculo e simulação da área inundada para implantação de CGH’s na Amazônia, aplicado à CGH irmã Dorothy. No âmbito financeiro, são raras as informações referentes aos custos de implantação de CGH’s na Amazônia. Assim, foram levantados os custos referentes à implantação da CGH irmã Dorothy e comparados a custos de CGH’s e de geradores a diesel disponíveis na literatura.