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Análise da convecção natural no escoamento laminar em cavidades parcialmente preenchidas com meios porosos utilizando transformadas integrais
(Universidade Federal do Pará, 2016-04-15) QUARESMA, Sil Franciley dos Santos; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505; QUARESMA, João Nazareno Nonato; http://lattes.cnpq.br/7826389991864785
Fazendo uso da equação de Darcy e suas correções de Brinkman e Forchheimer foi avaliada a convecção natural em cavidades parcialmente preenchidas com meio poroso, utilizando para isso a técnica da Transformada Integral Generalizada – GITT. No primeiro momento foi analisado o problema do escoamento unidimensional em canal parcialmente preenchido com meio poroso, sem o efeito da convecção natural de forma a entender a metodologia de solução da técnica para problemas com interfaces fluido/poro. Foi usada a equação conhecida como Darcy-Brinkman-Forchheimer para descrever o perfil de velocidade no canal, utilizando-se da Técnica da Transformada Integral Generalizada – GITT para resolver o problema proposto. Na segunda etapa do trabalho utilizou-se da GITT para estudar o problema da convecção natural térmica em cavidade retangular parcialmente preenchida com meio poroso, com paredes laterais diferencialmente aquecidas, utilizando a formulação matemática de Darcy-Brinkman- Forchheimer modificada para descrever o escoamento no meio poroso e no meio fluido, através do uso de um parâmetro binário que ao encontrar-se no meio fluido transforma a equação de Darcy-Brinkman-Forchheimer na equação de Navier-Stokes. A equação da conservação da energia foi utilizada para descrever o perfil de temperatura na cavidade, sendo possível avaliar a influência dos diversos parâmetros que caracterizam esse tipo de problema, como por exemplo, a influência da permeabilidade da camada porosa vii sobre o escoamento global e a transferência de calor global. Por fim foi realizado o estudo da convecção natural termosolutal em uma cavidade retangular parcialmente preenchida com meio poroso, que de forma resumida é a convecção natural derivada dos efeitos térmicos e de massa concorrentes entre si na formação do fluxo, foi utilizada a formulação de Darcy-Brinkman modificada para descrever o escoamento em toda a cavidade, que como já mencionado anteriormente assume a forma da equação de Navier-Stokes quando avaliada em meio totalmente fluido. A equação da conservação da energia foi utilizada para descrever o perfil de temperatura na cavidade e a equação da conservação das espécies foi utilizada para descrever o perfil de concentração. O estudo avalia também a eficiência da GITT em resolver sistemas de equações acopladas, com alto grau de não-linearidade envolvendo interface fluido/poro, foi usada a formulação Darcy-Brinkman-Forchheimer para descrever o perfil de velocidade no canal.
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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.
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Análise experimental e numérica da fluidização para aplicações industriais
(Universidade Federal do Pará, 2012-03) LOURENÇO, Reimar de Oliveira; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
Os leitos fluidizados gás-sólido possuem grande importância na indústria de processamento, em função de apresentar um bom efeito de mistura entre as fases, além de altas taxas de transferência de calor e massa, necessitando para isso baixo consumo de energia. Alguns exemplos típicos de aplicações industriais desse equipamento podem ser encontrados em processos que envolvem reações catalíticas, regeneração catalítica, ou ainda a combustão e gaseificação de carvão. O entendimento do comportamento fluidodinâmico deste equipamento é de fundamental importância para que o leito fluidizado possa ser adaptado a novas condições de uso. A literatura reporta diversos estudos com leito fluidizado, relatando variadas contribuições já incorporadas ao conhecimento da operação do mesmo. A ferramenta de CFD (Computational Fluid Dynamics) tem se mostrado uma boa alternativa para entendimento da operação deste equipamento. A utilização do modelo Euleriano granular multifásico juntamente com equações de conservação da massa, energia e movimento, para cada uma das fases presentes, tem gerado êxito quando aplicada a leitos fluidizados. De forma geral, este trabalho teve por objetivo estudar o comportamento do escoamento fluidodinâmico de esferas de vidro e alumina em um leito fluidizado convencional do tipo gás-sólido, variando os modelos de arraste de Gidaspow, Syamlal-O’Brien e Wen-Yu, bem como os modelos de turbulência K-e RSM. De forma mais específica, o trabalho buscou avaliar o comportamento fluidodinâmico das partículas no equipamento, através do monitoramento dos parâmetros fluidodinâmicos mais importantes, dentre os quais podemos destacar a velocidade de mínima fluidização do mesmo, a queda de pressão do equipamento na mínima fluidização, sua porosidade e a expansão do leito de partículas, também na mínima fluidização. Os testes experimentais foram comparados com simulações numéricas utilizando a ferramenta de CFD, onde se observou boa concordância dos resultados simulados frente aos resultados experimentais.
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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.
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Avaliação de desempenho e erosão por cavitação e sedimentos em turbinas axiais através de simulação numérica
(Universidade Federal do Pará, 2025-11-08) WANZELER, Hermeson Conceição; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; OLIVEIRA, Taygoara Felamingo de; FURTADO, Maciel da Costa; COELHO, José Gustavo; http://lattes.cnpq.br/6275750472303225; http://lattes.cnpq.br/4062258417348910; http://lattes.cnpq.br/0250577148113150; https://orcid.org/0000-0003-2957-537X; https://orcid.org; https://orcid.org/0000-0001-7409-4554
Este trabalho apresenta uma avaliação do desempenho e dos efeitos de erosão por cavitação e sedimentos em uma turbina hidráulica axial de ultra-baixa queda, utilizando técnicas de simulação numérica. O estudo fundamenta-se em dados de projeto e resultados experimentais disponibilizados por Souza (1988), que serviram como referência para a construção do modelo computacional e para a validação das análises. Inicialmente, desenvolveu-se o domínio fluido da turbina com base na geometria dos perfis do rotor e das diretrizes, obtidos a partir de coordenadas planas e posteriormente convertidos em coordenadas cilíndricas. A geração de malha foi realizada no software ANSYS TurboGrid, obedecendo a critérios de qualidade estabelecidos e submetida a estudo de independência de malha, para boa representação do modelo computacional. As condições de contorno foram definidas conforme o regime de escoamento em circuito fechado, com controle de vazão e pressão por válvula borboleta e comporta, além da inserção de modelos multifásicos para representar a cavitação e a interação partícula-fluido. O fenômeno de cavitação foi descrito pelo modelo de Rayleigh-Plesset, enquanto a erosão por partículas de areia, com diferentes diâmetros, foi avaliada por meio do modelo de Finnie. Os resultados demonstraram boa concordância entre as curvas características obtidas numericamente e os dados experimentais, validando o modelo proposto do campo de escoamento. Observou-se ainda que a cavitação se concentra no extradorso das pás do rotor, enquanto a erosão por partículas afeta principalmente o intradorso e a região da carcaça. Conclui-se que turbinas de ultra-baixa queda devem ser projetadas para operar fora das zonas cavitantes e, em ambientes com alta concentração de sedimentos, recomenda-se o uso de materiais resistentes à abrasão e o ajuste de condições de operação para mitigar a degradação.
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Avaliação de modelo de elemento de pá aplicado a turbinas eólicas com difusores através de análise CFD
(Universidade Federal do Pará, 2023-05-30) BEZERRA, Waldson Melo; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
O efeito do difusor em turbinas de fluxo livre mostra uma possibilidade de atingir um coeficiente de potência maior que uma turbina clássica, ultrapassando o limite de Betz. O presente trabalho avalia o efeito do difusor com perfil Eppler 423 acoplado em uma turbina eólica de eixo horizontal com rotor de perfil NACA 65(3)-618 com 4 pás. Utilizando a dinâmica dos fluidos computacional (CFD, Computational Fluid Dynamics), simulações numéricas foram realizadas possibilitando obter mais informações sobre o escoamento do fluído e o aumento na potência extraída para configurações com e sem difusor para a velocidade de escoamento de 7 m/s. Considerando as dimensões da seção de testes, os resultados obtidos nas análises CFD foram validados usando resultados experimentais, onde o conjunto rotor e difusor estavam confinados em um túnel de vento. Observou-se que o acoplamento do difusor na turbina aumentou consideravelmente a velocidade do escoamento, proporcionando um acréscimo de 37% em relação a velocidade inicial. Resultados apontaram um aumento no coeficiente de potência na ordem de 45,45% com a utilização do difusor, para a mesma velocidade de escoamento, 7 m/s. Assim, através dos resultados obtidos numericamente neste trabalho, foi possível obter dados confiáveis para a avaliação de um modelo específico de Blade Element Momentum (BEM) aplicado à turbinas eólicas com difusores, que é empregado para analisar o projetos de rotores de turbinas e difusores. Apesar dos bons resultados do modelo BEM, o presente estudo indica possíveis melhorias para a consistência da modelagem.
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Cálculo de ar induzido pela queda livre de materiais granulares via CFD
(Universidade Federal do Pará, 2021-12-17) LIMA, Leandro Ferreira Borba; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
A proposta desse trabalho consiste em apresentar um método de análise via ANSYS-Fluent utilizando a ferramenta DDPM (Dense Discrete Phase Model) do modelo multifásico euleriano visando um melhor entendimento do fluxo de material granulado juntamente com o ar induzido adjacente devido ao arraste proporcionado pelas partículas em queda livre, o que resultam na geração e propagação de poeira, executando simulações com materiais onde é variando densidade e diâmetros de partículas diferentes. O uso desta ferramenta de análise possibilitará a melhoria e aprimoramentos de projetos de despoeiramento nas indústrias que trabalham com materiais granulares que emitam poeira. As simulações realizadas foram comparadas com outros métodos computacionais e experimentos práticos, além de fórmulas teóricas desenvolvidas anteriormente.
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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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Critério do coeficiente de pressão mínimo aplicado ao dimensionamento de bombas axiais: caso de estudo para um túnel de água circulante
(Universidade Federal do Pará, 2022-12-15) RAMALHO, Rodolfo Vitorino Correia; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
É apresentada uma análise do coeficiente de pressão no lado de sucção de pás como critério de dimensionamento de bombas axiais. Um modelo CFD tridimensional é desenvolvido e validado a partir de ensaios experimentais disponíveis na literatura. O modelo utiliza o método dos volumes finitos através do software comercial Ansys CFX. Na etapa de aplicação do critério é utilizado o software X-Foil para a determinação dos coeficientes de sustentação e arrasto dos perfis do rotor. Um caso de estudo é apresentado para o dimensionamento de bombas axiais para um grande túnel de recirculação, a ser empregado para ensaios de embarcações, estruturas navais e turbinas hidrocinéticas. Especial atenção é dada para as condições de cavitação da bomba. O critério do coeficiente de pressão mínimo é então avaliado pelo modelo CFD, encontrando bom rendimento para a bomba dimensionada.