Dissertações/Teses

2019
Dissertações
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  • JULIO CESAR DE LIMA ROQUE
  • Avaliação da Periodicidade de Manutenção da Turbina de Condensação Rateau com Extração.

  • Orientador : EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • RAPHAEL NUNES DE OLIVEIRA
  • Data: 26/04/2019
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  • O presente estudo foi elaborado com o objetivo principal de avaliar tecnicamente e economicamente a viabilidade em alterar o período entre manutenções preventivas de uma turbina de condensação Rateau com extração (Modelo: H3800S), aplicada em uma planta química industrial que produz  fertilizantes, ácido sulfúrico e energia elétrica instalada no Brasil, cidade de Araxá/MG. A indústria possui uma caldeira de recuperação, gerando vapor superaquecido a temperatura de 400 °C, e pressão de 4,3 MPa, que é direcionada para uma turbina a vapor acoplada a um gerador elétrico, constituindo assim um grupo turbogerador (GTG) com capacidade de geração de potência elétrica (Wele) de 11,50 MWe. A Wele gerada é disponibilizada para ser consumida na própria indústria e representa 22,45 % da potência máxima consumida, quando esta indústria opera na capacidade nominal. A redução da capacidade de geração de Wele, deste GTG, no período entre manutenções preventivas é influenciada pelas perdas internas que ocorrem na turbina a vapor proveniente principalmente de três fontes: atrito entre superfícies móveis, fugas de fluido e atrito em labirintos de vedação de vapor. A operação da turbina a vapor nesta condição reduz a capacidade de geração e consequentemente impactando negativamente no custo de operação desta planta, devido à necessidade de aquisição de maior quantidade de energia elétrica (Eele), disponibilizada pela concessionária que atende a região de instalação da indústria. Esta condição somente é minimizada quando a turbina a vapor aplicada neste GTG é submetida à manutenção preventiva periódica com objetivo de reconstituir ou substituir os componentes desgastados ou avariados.


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  • The present study was developed with the objective of evaluating, in a technical and economic way, the behavioral change between the preventive strategies of an air condensing turbine (Model: H3800S), applied in an industrial chemical plant that produces fertilizers, sulfuric acid and installed in Brazil, city of Araxá / MG. The industry has a recovery boiler, generating an overheated steam at a temperature of 400 ° C, and a pressure of 4.3 MPa, which is directed to a steam turbine coupled to an electric generator, thus constituting a turbogenerator group (GTG ) with 11.50 MWe electric power generation capacity (Wele). The generated Wele was made available to be consumed by an industry and represents 22.45% of the total consumption, if it is operating at nominal capacity. The generation capacity of this GTG in the period between preventive maintenance is influenced by the internal losses that occur in the turbine and the steam in an environment of three sources: friction between moving doors, fluid leaks and friction in labyrinth seals of steam. The operation of the steam turbine reduced the generation capacity and, consequently, negatively impacted the cost of an installation of this unit, due to the capacity of production of greater amount of electric energy (Eele), made available by the concessionaire that serves a region of installation industry. The only thing is minimized when a steam turbine is used in this GTG undergoes periodic preventive maintenance in order to reconstitute or replace the worn or damaged components.

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  • André Almeida Dias
  • Projeto e Análise Experimental de um Secador de Grãos de Leito Fixo em Escala Laboratorial

  • Orientador : JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • RAFAEL PINHEIRO AMANTÉA
  • RAPHAEL NUNES DE OLIVEIRA
  • Data: 28/06/2019
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  • O processo de secagem térmica é o mais utilizado para remoção de umidade de produtos agrícolas e gera melhorias na colheita, no armazenamento e na qualidade do produto. Entretanto, a secagem possui um alto consumo energético, representando 50% do consumo total de energia envolvida no processamento do milho, que é o grão mais produzido no mundo. Dessa forma, é essencial o avanço nos estudos sobre esse processo, a fim da utilização mais eficiente dos recursos energéticos globais. Este trabalho, portanto, visa construir um secador experimental de leito fixo com controle de velocidade e temperatura do ar de secagem, a fim de realizar estudos sobre a dinâmica de secagem do milho em camada espessa, bem como analisar as eficiências energéticos e exergéticos do equipamento desenvolvido. O projeto do secador foi detalhado e seguiu as recomendações observados na literatura. Os experimentos de secagem do milho, tiveram duração de 120 minutos e foram realizados em camada espessa com leito cilíndrico de 130mm de diâmetro e 200 milímetros de altura, utilizando as temperaturas de 40°C, 50°C e 60°C, e as velocidades de 0,8 e 1,3ms-1 para o ar de secagem. O milho utilizado foi colhido nos campos da EMBRAPA Milho e Sorgo em Sete Lagoas e armazenados em ambiente refrigerado. Dentre os parâmetros variados de temperatura e velocidade do ar de secagem, apenas a temperatura gerou diferenças expressivas no ponto de vista da retirada da umidade média do leito de grãos, sendo que quanto maior a temperatura mais umidade foi retirada do leito. A temperatura do ar de secagem é diretamente proporcional, tanto a taxa de secagem, quanto a eficiência exergética de secagem e é inversamente proporcional a eficiência energética de secagem. Ao passo que a velocidade do ar de secagem, na faixa experimentada, não gerou alteração dos valores da taxa média de secagem, e é inversamente proporcional a ambas as eficiências. O experimento que apresentou maior eficiência energética real de secagem foi o teste com temperatura de 50°C e velocidade de entrada de 0,8ms-1, cuja eficiência energética média real foi de 8%. Ao passo que a maior eficiência exergética média obtida foi de 15% e ocorreu no experimento com temperatura de entrada de 60°C e velocidade de 0,8ms-1.


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  • The thermal drying process is most commonly used to remove moisture from agricultural products and generates improvements in harvesting, storage and product quality. However, drying has a high energy consumption, representing 50% of the total energy consumption involved in the processing of corn, which is the most produced grain in the world. In this way, progress in studies on this process is essential to make more efficient use of global energy resources. This work, therefore, aims to construct an experimental fixed bed dryer with speed and temperature control of the drying air to perform studies of the drying dynamics of corn in a deep bed layer and to analyze the energetic and exergetic efficiencies of the equipment developed. The dryer design was detailed and followed the recommendations observed in the literature. The dryer design was detailed and followed the recommendations observed in the literature. The deep bed corn drying experiments lasted 120 minutes and were performed in a cylindrical bed of 130mm in diameter and 200mm in height, using temperatures of 40, 50 and 60°C, and the velocities of 0,8 and 1,3ms-1 for the incoming drying air. The corn used was harvested in the fields of EMBRAPA in Sete Lagoas and stored in a refrigerated environment. Among the different parameters of drying air temperature and velocity, only the temperature causes a significant difference in the removal of the average moisture content of the grain bed, so the higher the temperature is, more moisture was removed of the grains. The drying air temperature is directly proportional to the drying rate and the exergetic drying efficiency and is inversely proportional to the drying energy efficiency. While the drying air velocity in the tested range, doesn't change the average drying rate, and it is inversely proportional to both of efficiencies. The experiment that presented the highest real energy efficiency of drying was the with a temperature of 50°C and an input velocity of 0,8ms-1, whose actual average energy efficiency was 8%. While the highest exergic efficiency obtained was 15% and occurred in experiment with an inlet temperature of 60°C and a velocity of 0,8ms-1.

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  • Thiago Pereira Silva
  • Simulação Termoeconômica de Sistemas de Refrigeração de Ciclo Transcrítico e Subcrítico Utilizando CO2

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO AUGUSTO TORRES MAIA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • RALNEY NOGUEIRA DE FARIA
  • Data: 05/07/2019
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  • O desenvolvimento de novas tecnologias e a melhora da eficiência dos sistemas de refrigeração torna-se importante em um cenário em que as condições climáticas do planeta é preocupante. O uso de CO2 em ciclos de refrigeração transcríticos representa uma alternativa para o problema do aquecimento global. Neste contexto, este trabalho realizou uma análise termoeconômica de um ciclo subcrítico e de um ciclo transcrítico, ambos contendo CO2. Os modelos matemáticos para tal análise de ambos os ciclos foi desenvolvido no software EES (Engineering Equation Solver). Foi realizado um método de otimização multiobjetivo a fim de encontrar o ponto de melhor eficiência e custo de ambos os ciclos. Analisando os pontos ótimos para algumas temperaturas ambientes, a eficiência exergética e o custo do ciclo subcrítico operando com R404A na região de alta temperatura são, em média, 15,2% e 17,9% maiores que do ciclo transcrítico, ou seja, o ciclo transcrítico apresenta custo total menor. O ciclo subcrítico operando com R1234yf na região de alta temperatura têm, em média, COP 6,23% maior e custo 3,1% menor que do ciclo subcrítico operando com R404A. Os resultados mostram que para decidir qual dos ciclos é melhor para uma determinada faixa de temperatura ambiente deve-se sempre levar em consideração a relação entre o custo e a eficiência. A substituição do R404A do ciclo subcrítico pelo R1234yf além de reduzir o GWP de 3800 para 6 aumento o COP e diminui o custo total do sistema.


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  • The development of new technologies and the improvement of the efficiency of the refrigeration systems becomes important in a scenario in which the climatic conditions of the planet is worrisome. The use of CO2 in transcritical refrigeration cycles represents an alternative to the problem of global warming. In this context, this work carried out a thermoeconomic analysis of a subcritical cycle and a transcritical cycle, both containing CO2. The mathematical models for such analysis of both cycles were developed in the EES (Engineering Equation Solver) software. A multiobjective optimization method was used to find the point of best efficiency and cost of both cycles. Analyzing the optimum points for some ambient temperatures, the exergy efficiency and the cost of the subcritical cycle operating with R404A in the high temperature region are on average 15.2% and 17.9% higher than the transcritical cycle, that is, the transcritical cycle has lower total cost. The subcritical cycle operating with R1234yf in the high temperature region has, on average, COP 6.23% higher and cost 3.1% lower than the subcritical cycle operating with R404A. The results show that in deciding which of the cycles is best for a given ambient temperature range, one must always take into account the relationship between cost and efficiency. Replacing the R404A subcritical cycle with the R1234yf in addition to reducing the GWP from 3800 to 6 increases the COP and decreases the total cost of the system.

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  • THIAGO MARÂNDOLA LEMOS
  • Análise da Reciclagem do Alumínio no Ciclo de Vida dos Automóveis: uma Visão Crítica da Macroeconomia e Sustentabilidade Mundial

  • Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • PEDRO AMÉRICO ALMEIDA MAGALHÃES JÚNIOR
  • Data: 05/07/2019
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  • A sobrevivência da humanidade nas próximas décadas, estabelece-se em uma situação paradoxal perante a limitação ecológica do planeta Terra. Existe um esforço mundial na busca de soluções que reduzam os impactos ambientais e energéticos nos diversos sistemas de produção existentes. A reciclagem sistêmica de produtos é uma necessidade imprescindível para redução desses impactos. Este trabalho faz uma análise da reciclagem de veículos em fim de vida útil (ELV’s – End of Life Vehicles) e do papel do Alumínio (Al) no ciclo de vida desses veículos. Sabe-se que a frota mundial de carros está superando a marca de 1 bilhão de unidades, e que o número de veículos em fim de vida útil também vem aumentando de forma dramática em quase todo o planeta. Um automóvel possui em média 30 a 150 kg de alumínio, sendo uma tendência o aumento desse valor em busca de redução do peso final do veículo. Existem duas formas de obtenção desse metal, uma por meio da extração direta da natureza, via mineração da bauxita, e a segunda através da reciclagem, incluindo os próprios veículos. Esses dois processos são analisados por meio de levantamentos de Análise de Ciclo de Vida (ACV) já existentes na literatura. Além disso, é feita uma comparação com o cenário brasileiro de reciclagem de latas de bebida. O impacto ambiental e energético foi avaliado mediante à aplicação da ferramenta FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) sobre o ACV em questão e permitiu mostrar quais são as vantagens e os impactos mais críticos da reciclagem sistêmica de veículos, bem como da produção primária do alumínio. Ademais, é feita uma correlação macroeconômica entre as rotas de produção do alumínio e a redução absoluta da emissão de CO2 na atmosfera. A eficiência no uso de recursos, a utilização de energias renováveis, bem como a redução na extração de matérias-primas via reciclagem têm suma importância na sustentabilidade do planeta Terra. Este trabalho visa, através de uma análise ambiental e energética, esclarecer como o papel da reciclagem do alumínio nos carros pode contribuir para esse macroprocesso no Brasil e no mundo.


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  • The survival of humanity in the upcoming decades will depend on the sustainability of the consumed products. There is a global effort to develop solutions to reduce environmental and energy impacts with the production of these products. A systematic recycling process of these products is an essential need to reduce those impacts. This paper presents a careful analysis of automotive recycling and the role of aluminum in the life cycle of these vehicles. It is known that the number of vehicles is getting close to 1 billion units while the number of end-of-life vehicles (ELVs) has also been increasing dramatically throughout the entire planet. The average car has between 30 to 150 kg of aluminum, there is an increasing trend in this amount in exchange of a reduced final weight of the vehicle. There are two ways of obtaining the metal; one is by the direct extraction of natural resources through the mining of bauxite and the second through its recycling. The two processes are analyzed through existing Life Cycle Assessment (LCA) in the literature. In addition, this work presents a comparison between the Brazilian beverage cans recycling scenario and a simulation of automotive recycling. In an unprecedented way, the Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) tool will be directly applied to the LCA, pursuing to point out the most important details of the impact assessment. Furthermore, it is presented a macroeconomic correlation between aluminum production routes and the absolute reduction of the CO2 emission in atmosphere. Resources efficiency, renewable energies and reduction of raw materials are very important for the sustainability of the planet Earth. The environmental and energy impact assessment presented in this paper will show the role of two aluminum production routes pointing out local and global benefits of a ELVs systemic recycling.

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  • Filipe Nogueira de Carvalho
  • Simulação Termoeconômica de Sistemas de Refrigeração em Cascata e Integrado Absorção-compressão de Vapor

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • RALNEY NOGUEIRA DE FARIA
  • RAPHAEL NUNES DE OLIVEIRA
  • Data: 09/07/2019
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  • O presente trabalho é composto por uma análise termoeconômica comparativa entre dois sitemas de refrigeração: Sistema de Refrigeração em Cascata por Compressão de Vapor (SRCCV) e Sistema de Refrigeração Integrado por Absorção e Compressão de Vapor (SIRACV). A análise termoeconômica compara os sistemas sob aspectos energéticos, exergéticos, econômicos e ambientais. O desenvolvimento de modelos matemáticos para cada um dos sistemas é realizado através do programa EES (Engineering Equation Solver).As funções otimizadas são a destruição de exergia e taxa de custo total (soma das taxas de custo de investimento, operação, manutenção e créditos de carbono) através da minimização destas funções. O método de otimização utilizado é o da soma ponderada dos objetivos, que consiste na transformação do problema multiobjetivo em um problema mono-objetivo através da atribuição de pesos para cada objetivo, ou seja, através da atribuição de diferentes pesos para cada objetivo tem-se uma nova função que representa a relação linear entre todos os objetivos. No caso em questão as duas funções objetivo são a destruição de exergia e taxa de custo total. Na otimização multiobjetiva, o processo de escolha dentre as soluções otimizadas envolve a definição de um ponto de equilíbrio, também chamado de ponto ideal. Para se alcançar uma solução real dos mínimos valores das funções descritas de forma simultânea deve-se determinar qual a menor distância do ponto ideal à curva que define as soluções otimizadas.


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  • The present work is composed by a comparative thermoeconomic analysis between two refrigeration systems: Vapor Compression Cascade Refrigeration System (SRCCV) and Integrated Refrigeration System by Absorption and Vapor Compression (SIRACV). The thermoeconomic analysis compares the systems under energy, exergic, economic and environmental aspects. The development of mathematical models for each of the systems is performed through the EES (Engineering Equation Solver) program. The optimized functions are exergy destruction and total cost rate (sum of cost rates for investment, operation, maintenance and carbon credits) by minimizing these functions. The optimization method used is the weighted sum of the objectives, which consists in transforming the multiobjective problem into a mono-objective problem by assigning weights for each objective, this can be achieved by assigning different weights for each goal, then a new function that represents the linear relationship between all the objectives is found. In present case the two objective functions are exergy destruction and total cost rate. In multiobjective optimization, the process of choosing among optimized solutions involves the definition of an equilibrium point, also called the ideal point. In order to achieve a real solution of the minimum values of the described functions simultaneously one must determine which is the smallest distance from the ideal point to the curve that defines the optimized solutions.

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  • Rizzia Costa Souza
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    Análise de Aproveitamento Energético do Biogás na Usina de Cogeração Existente de uma Indústria Alimentícia: Estudo de Caso na Bem Brasil Alimentos S. A.


  • Orientador : FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • CLAUDIO HOMERO FERREIRA DA SILVA
  • Data: 10/07/2019
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    O conceito de eficiência energética quando aplicado em indústrias pode resultar em ganhos econômicos e ambientais significativos. Em grande parte dessas plantas, tem-se a demanda de energia térmica e elétrica, fazendo com que sistemas de cogeração sejam uma aplicação adequada, principalmente quando se trata de indústrias alimentícias. Em seus processos, tem-se a geração de resíduos e efluentes com alta carga orgânica que necessitam de tratamento adequado, sendo este muitas vezes a biodigestão com a formação de biogás. Entretanto, para cogerações existentes, a inserção do biogás como combustível é possível sob diferentes arranjos energéticos, sendo necessária uma avaliação do modelo que proporciona a maior relação custo-benefício. Dessa forma, o presente trabalho busca determinar o sistema energético mais adequado em termos de eficiência e geração elétrica para a cogeração existente de uma indústria alimentícia considerando a inserção de biogás como combustível por meio de simulações no software GateCycle. Além disso, foi realizada uma análise de custo-benefício entre os arranjos energéticos estudados, considerando seus custos de implantação e manutenção. Como resultado, todos os arranjos propostos são tecnicamente viáveis, no entanto, aquele que traz o melhor retorno financeiro ao investidor é a inserção do biogás na caldeira existente, tendo sua co-combustão com a biomassa.



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  • The concept of energy efficiency when applied in industries can result in significant economic and environmental gains. In most of these plants, there is the demand for thermal and electric energy, making cogeneration systems an adequate application, especially when it comes to food industries. In its processes, there is the generation of waste and effluents with high organic load that need adequate treatment, which is often biodigestion with the formation of biogas. However, for existing cogenerations, the insertion of biogas as a fuel is possible under different energy arrangements, requiring an evaluation of the model that provides the highest cost-benefit ratio. Thus, the present work seeks to determine the most appropriate energy system in terms of efficiency and electric generation for the existing cogeneration of a food industry considering the insertion of biogas as fuel through simulations in the GateCycle software. In addition, a cost-benefit analysis was performed between the energy arrangements studied, considering their implementation and maintenance costs. As a result, all the proposed arrangements are technically viable. However, the one that brings the best financial return to the investor is the insertion of the biogas in the existing boiler, having its co-combustion with biomass.

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  • Mateus Santos Nepomuceno
  • Análise Teórico-experimental de Secagem Utilizando Secador Solar com Diferentes Formatos de Placa Absorvedora.

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • LUCAS PAGLIONI PATARO FARIA
  • Data: 30/07/2019
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  • A secagem é uma das mais antigas operações unitárias de que se tem conhecimento. Atualmente, é aplicada principalmente na indústria alimentícia, e também em diversos processos, como em empreendimentos cerâmicos. Através da vaporização, este processo remove um líquido, que geralmente é a água, de um material sólido. Uma forma de proteger o produto a ser seco, reduzir seu tempo de secagem e aumentar a eficiência é a utilização de secadores, que podem ser de vários modelos. Os secadores solares, que são integrados, distribuídos ou mistos, destacam-se devido ao uso de uma fonte abundante e renovável de energia. No caso dos mistos, a radiação solar incide tanto no coletor, onde o ar é aquecido e encaminhado à câmara de secagem, quanto na própria câmara. Visando aumentar a eficiência da secagem nos secadores mistos, pode-se fazer com que o ar oriundo do coletor chegue à câmara de secagem com uma temperatura maior do que a alcançável normalmente. Assim, a presença de obstáculos no coletor pode aumentar o trajeto do ar, fazendo com que este fique mais aquecido. O objetivo deste trabalho foi comparar experimentalmente as eficiências energética e exergética de um secador solar ativo misto com placa plana tradicional e com placa plana com chicanas, determinando as curvas de secagem. Os produtos utilizados na secagem foram tijolos cerâmicos, que permaneceram 12h em um recipiente antes da realização de cada experimento. Realizou-se um ensaio com chicanas e dois sem, devido à nebulosidade em um dos dias. Os ensaios sem chicanas apresentaram eficiências exergéticas médias superiores ao com chicanas em (0,52±0,10)% e (0,22±0,12)%, e o com chicanas apresentou as outras eficiências médias maiores, superando os experimentos sem chicanas na eficiência térmica em (5,84±1,87)% e (9,08±2,05)%, na de secagem em (5,40±1,40)% e (7,34±1,53)% e na exergética latente em (0,24±0,05)% e (0,49±0,05)%. A umidade final do ensaio com chicanas foi menor em (0,33±0,01)% e (1,91±0,01)% na base úmida e em (0,39±0,01)% e (2,32±0,01)% na base seca do que nos sem chicanas. Assim, a inserção de chicanas na placa coletora do secador fez com que seu desempenho fosse superior ao do equipamento com a placa plana tradicional.


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  • Drying is one of the earliest known unit operations. Currently, it is mainly applied in the food industry, in addition to several processes, such as in ceramic enterprises. Through vaporization, this process removes liquid content, usually water, from a solid material. One way of protecting the product to be dried, reducing its drying time and increasing efficiency is the use of dryers, which can be of several models. Solar dryers, which are integrated, distributed or mixed, stand out due to the use of an abundant and renewable source of energy. In the case of the mixed, the solar radiation affects both the collector, where the air is heated and routed to the drying chamber, as well as in the chamber itself. In order to increase drying efficiency in the mixed dryers, the air from the collector can be brought into the drying chamber at a temperature higher than that normally achievable. Thus, the presence of obstacles in the collector can increase the air path, causing it to become warmer. The objective of this work was to compare the energy and exergetic efficiencies of a mixed active solar dryer with traditional flat plate and flat plate with baffles, determining the drying curves. The products used for drying were ceramic bricks, which remained for 12 hours in a container before each experiment. A test was performed with baits and two without, due to the cloudiness on one of the days. The non-baffled tests had mean exergetic efficiencies higher than those with baffles in (0.52±0.10)% and (0.22±0.12)%, and the baffle tests showed the other average efficiencies greater, surpassing the experiments without (5.84±1.87)% and (9.08±2.05)%, drying (5.40±1.40)% and (7.34±1.53)% and in the latent exergetics in (0.24±0.05)% and (0.49±0.05)%. The final moisture content of the baffle assay was lower (0.33±0.01)% and (1.91±0.01)% in the wet basis and (0.39±0.01)% and (2.32±0.01)% on dry basis than on non-baffles. Thus, the insertion of baffles in the dryer collector plate made its performance superior to that of traditional flat plate equipment.

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  • FRANCIANE CRISTINA RODRIGUES CARVALHO
  • OTIMIZAÇÃO E ESTUDO NUMÉRICO DO TEOR DE UMIDADE EM LEITO FIXO DE GRÃOS DE ARROZ DURANTE O PROCESSO DE SECAGEM

  • Orientador : JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • RALNEY NOGUEIRA DE FARIA
  • WANYR ROMERO FERREIRA
  • Data: 02/08/2019
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  • Nesta dissertação tem-se como objetivo o estudo numérico do teor de umidade em um leito fixo de grãos durante o processo de secagem de grãos de arroz. Além disso, espera-se otimizar o processo, a fim de encontrar a temperatura de secagem e vazão de ar seco ótimos para este processo. As equações diferenciais foram resolvidas utilizando-se o método dos elementos finitos. O principal resultado obtido foi confirmado com os estudos tomados como referência na literatura.


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  • The objective of this dissertation is the numerical study of moisture content in a fixed bed of grains during the drying process of rice grains. In addition, it is expected to optimize the process in order to find the drying temperature and dry air flow optimal for this process. The differential equations were solved using the finite element method. The main result obtained was confirmed with the studies taken as reference in the literature.

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  • DANIEL ORLANDO BUENO
  • AVALIAÇÃO TEÓRICA DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR DURANTE A EBULIÇÃO CONVECTIVA EM MICROCANAIS MICRO/NANOESTRUTURADOS

  • Orientador : EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • RAPHAEL NUNES DE OLIVEIRA
  • Data: 23/08/2019
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  • O presente estudo tem como objetivo avaliar teoricamente o desempenho da troca de calor durante a ebulição convectiva em microcanais micro/nanoestruturados por técnicas de revestimento de superfície, processos químicos e micro/nanoeletromecânicos. Este trabalho tem viés investigativo e computacional. A metodologia adotada consistiu em realizar uma pesquisa bibliográfica sobre o contexto geral da área de microcanais e ebulição convectiva. Após isso, foram analisadas as variadas técnicas de fabricação para obtenção de superfícies nanoestruturadas em microcanais. Categorizaram-se três métodos para tal: revestimentos de superfície com materiais especiais, processos químicos e sistemas micro/nanoeletromecânicos. Logo após, selecionaram-se 22 trabalhos de pesquisa sobre o estado da arte de microcanais micro/nanoestruturados. Em seguida, foram escolhidas cinco correlações, baseadas em microtubos normais disponíveis na literatura dos últimos 12 anos. Na sequência, essas correlações foram comparadas através de um banco de dados com 873 pontos experimentais, provenientes de estudos com os fluidos operacionais R134a e água em microcanais normais e micro/nanoestruturados. Feito isso, constatou-se que uma dessas correlações possuiu ampla faixa de ajuste ao banco de dados caracterizado (100%), para bandas de ajuste aos dados experimentais de ±10%, ±20% e ±30%, contemplando também à parcela do banco de dados referente a microcanais micro/nanoestruturados. Por fim, sugeriu-se a investigação experimental da influência das nanoestruturas variando-se parâmetros associados a elas, como por exemplo um fator de forma. Além disso, outra proposta sugerida se referiu na obtenção de correlações para a ebulição convectiva em microcanais micro/nanoestruturados utilizando algoritmos genéticos de otimização.


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  • The present study aims to evaluate the performance of heat transfer during convective boiling in micro/nanostructured microchannels by surface coating techniques, chemical and micro/nanoelectromechanical processes. This study has investigative and computational bias. The methodology adopted consisted in carrying out a bibliographical research on the general context of the microchannel area and convective boiling. After that, several manufacturing techniques were analyzed to obtain nanostructured surfaces in microchannels. Three methods were categorized for this purpose: surface coatings using special materials, chemical processes and micro/nanoelectromechanical systems. Subsequently, 22 research works on the state of the art for micro/nanostructured microchannels were selected. Then, five correlations were chosen, based on normal microchannels available in the literature of the last 12 years. These correlations were then compared through a database with 873 experimental points from studies with the working fluids R134a and water in normal and micro/nanostructured microchannels. As a result, one of these correlations had a wide range of adjustment to the database (100%), for bands of adjustment to the experimental data of ±10%, ±20% and ±30%, also considering the database for micro/nanostructured microchannels. Finally, it was suggested the experimental investigation of nanostructures influence by varying parameters associated with them, such as a shape factor. In addition, another suggestion was to obtain correlations for convective boiling in micro/nanostructured microchannels using genetic optimization algorithms.

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  • Mayra Diniz Ponce Arrieta
  • ANÁLISE TRIDIMENSIONAL DO ESCOAMENTO TURBULENTO DE AR EM UM SECADOR SOLAR TIPO CABINE UTILIZANDO DINÂMICA DOS FLUIDOS COMPUTACIONAL

  • Orientador : JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GUILHERME DE SOUZA PAPINI
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • RUDOLF HUEBNER
  • Data: 06/09/2019
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  • O objetivo principal da análise tridimensional do escoamento turbulento do ar de secagem em um secador solar tipo cabine sem carga utilizando fluidodinâmica computacional é definir o modelo matemático representativo do escoamento de modo a poder aperfeiçoar ou modificar o projeto de secagem em trabalhos futuros. Seis malhas da geometria do secador foram geradas e estudados quatro modelos de turbulência, sendo eles, k-ε RNG, k-ε Realizable, k-ω BSL e k-ω SST a partir de simulações realizadas no programa. As simulações foram realizadas para diferentes horários de operação do secador solar e os resultados numéricos foram confrontados com dados experimentais da literatura. As temperaturas de saída e as eficiências energéticas do secador obtidas numericamente variaram nas faixas entre (326,70-353,72) K e (22,87-25,61) %, respectivamente. Os erros relativos para a temperatura e eficiência do secador observaram-se nas faixas entre (0,15-1,73) % e (1,73-17,73) %, respectivamente, ao passo que o R² atingiu patamar de 0,9999. Todos os modelos de turbulência considerados atendem quando utilizada a Malha 1 para as simulações e podem ser utilizados para a avaliação dos perfis de velocidade e de temperatura, e para estudar melhorias e o funcionamento geral do secador, seja pelas linhas de corrente, ou pelo escoamento do meio, assim como para avaliar os parâmetros de desempenho do secador solar. A Malha 6 possui os parâmetros necessários para que se possam analisar as diferenças mais expressivas entre os modelos de turbulência e os aprimoramentos adicionados aos modelos k-ε e k-ω são melhor aproveitados e refletindo com mais fidelidade aos fenômenos físicos e matemáticos estudados. Por ter diferentes situações de escoamento no secador, os modelos k-ε Realizable e k-ω BSL devem ser evitados. Assim, os modelos k-ε RNG e k-ω SST são os que produzem perfis de quantidades turbulentas mais coerentes, por terem a aplicação matemática do modelo de forma integral, garantida com a Malha 6.


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  • The main objective of the three-dimensional analysis of the turbulent drying air flow in an unloaded cabin type solar dryer (without load) using computational fluid dynamics is to define the mathematical model representative of the flow so as to be able to improve or modify the solar dryer project in future works. Six meshes of the solar dryer geometry were generated and studied four models of turbulence, k – ε RNG, k - ε Realizable, k - ω BSL and k - ω SST from simulations performed in the software. The simulations were performed for different times of operation of the solar dryer and compared the results with experimental values. The outlet temperatures and the energy efficiency of the dryer obtained numerically ranged in the ranges between (326,70-353,72) K and (22,87-25,61) %, respectively. The relative errors for the temperature and efficiency of the dryer were observed in the ranges between (0,15-1,73) % e (1,73-17,73) %, respectively, while the R² reached around 0.9999. All the turbulence models considered meet when using Mesh 1 for the simulations and can be used for the evaluation of the velocity and temperature profiles, and to study improvements and the general operation of the solar dryer, either by the stream lines, as well as to evaluate the performance parameters of the solar dryer. Mesh 6 has the necessary parameters to analyze the most expressive differences between the turbulence models and the improvements added to the models k-ε and k-ω are better used and reflecting with more fidelity to Physical and mathematical phenomena studied. By having different drainage situations in the dryer, the k-ε Realizable and k-ω BSL models should be avoided. Thus, the k-ε RNG and k-ω SST models are those that produce more coherent turbulent quantities, because they have the mathematical application of the model in an integral way, guaranteed with Mesh 6.

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  • FÚLVIO ARON GÓES SILVA
  • ANÁLISE MATEMÁTICA DO DESEMPENHO TERMOFLUIDODINÂMICO DE UM COMPRESSOR ALTERNATIVO SEM VÁLVULAS

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • FERNANDO ANTONIO RODRIGUES FILHO
  • JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • MARCIO EXPEDITO GUZZO
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 08/11/2019
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  • A crescente demanda energética vem sendo um tema constantemente discutido. O aumento da capacidade de produção energética e a implementação de novas fontes de energia tentam contornar este problema. Contudo, só estas medidas não serão suficientes para suportar a crescente demanda. O aumento da eficiência energética de mecanismos e processos apresenta-se como um aliado de fundamental importância para a continuidade do abastecimento energético mundial e desenvolvimento da sociedade. Os compressores são equipamentos que apresentam vasta aplicabilidade tanto no setor industrial como domiciliar e são responsáveis por elevado consumo energético. Este trabalho visa estudar um compressor alternativo sem válvulas, objeto de uma patente de invenção, que se apresenta como uma alternativa de melhoria da eficiência energética dos compressores alternativos convencionais. Seu mecanismo inédito é responsável pela abertura e fechamento do sistema de válvulas tendo um enfoque na redução de perdas de carga durante as fases de sucção e descarga. Para avaliar a melhoria causada por esse mecanismo, foi simulado matematicamente um modelo unidimensional no software MATLAB do compressor alternativo sem válvulas e os resultados numéricos obtidos foram comparados como o modelo matemático de um compressor alternativo com válvulas automáticas descrito no trabalho de mestrado de Volf (2017). A análise comparativa permitiu notar um aumento da eficiência isentrópica de aproximadamente 12,4% e um aumento na eficiência volumétrica de aproximadamente 3,3%. Uma análise paramétrica feita permitiu identificar a área da seção das janelas de sucção e descarga, igual à 6,00 cm², como o valor otimizado para se obter os maiores valores de eficiência isentrópica e volumétrica quando comparado ao modelo inicialmente proposto.


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  • The increasing energy demand has been a subject constantly discussed. The increase in energy production capacity and the implementation of new energy sources try to get around this problem. However, these measures alone will not be enough to support the growing demand. Increasing the energy efficiency of mechanisms and processes presents itself as an ally of fundamental importance for the continuity of global energy supply and development of society. The compressors are equipment that have wide applicability both in the industrial sector and at home and are responsible for high energy consumption. This work aims to study an alternative valveless compressor, object of a patent of invention, which is presented as an alternative to improve the energy efficiency of conventional reciprocals. Its unique mechanism is responsible for opening and closing the valve system with a focus on reducing load losses during the suction and discharge phases. In order to evaluate the improvement caused by this mechanism, it was mathematically simulated a one-dimensional model in the non-valved compressor's MATLAB software and the numerical results obtained were compared as the mathematical model of an automatic compressor with automatic valves described in Volf's (2017) master's work. The comparative analysis showed an increase in the isentropic efficiency of approximately 12.4% and an increase in the volumetric efficiency of approximately 3.3%. A parametric analysis made it possible to identify the area of the suction and discharge window section, equal to 6.00 cm², as the optimized value to obtain the highest isentropic and volumetric efficiency values when compared to the initially proposed model.

2018
Dissertações
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  • BRENO GUSMÃO BARBOSA
  • Estudo Comparativo da Viabilidade de Instalação de uma Usina Heliotérmica do Tipo Torre Solar no Brasil e nos EUA

  • Orientador : FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • Data: 16/02/2018
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  • Dentre as tecnologias para a geração de energia renovável, a heliotermia possibilita uma produção de energia elétrica contínua através do armazenamento térmico. Uma usina Torre Solar de 104MWel com tanques de sal fundido foi dimensionada e simulada para comparação nas localidades de Dagget na Califórnia, Estados Unidos e Petrolina em Pernambuco, Brasil. As propriedades dos equipamentos do bloco de potência foram calculadas no programa EES através de equações termodinâmicas. O programa SAM foi utilizado para determinar o campo solar e o armazenamento térmico através de um estudo paramétrico. Com os resultados encontrados foram realizadas simulações no TRNSYS e foram obtidos os comportamentos dinâmicos das usinas ao longo de um ano típico, nos quais foi possível visualizar a inter-relação entre os subsistemas da planta. Petrolina possuiu um custo 28,9% maior para uma produção anual de energia 11,2% menor do que em Dagget, os principais fatores que influenciaram os resultados foram a qualidade dos dados solarimétricos e consequentemente o custo o subsistema campo solar.


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  • Among the technologies for the generation of renewable energy, the solar thermal electricity makes possible the production of continuous electrical energy through the thermal storage. A 104MWel solar tower with cast salt tanks was dimensioned and simulated for comparison at the locations of Dagget in California, United States and Petrolina in Pernambuco, Brazil. The properties of the power block equipment were calculated in the EES program by means of thermodynamic equations. The SAM program was used to determine the solar field and thermal storage through a parametric study. With the results obtained, simulations were performed in the TRNSYS and the dynamic behavior of the plants was obtained over a typical year, in which it was possible to visualize the interrelation between the subsystems of the plant. Petrolina had a 28.9% higher cost for an annual energy production 11.2% lower than Dagget, the main factors that influenced the result were the quality of the solar data and consequently the cost of the solar field subsystem.

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  • Geovane Padovani Resende
  • Otimização Termoeconômica de um Sistema de Termoacumulação Aplicado a Sistemas de Ar Condicionado utilizando a Metodologia Four E

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • RALNEY NOGUEIRA DE FARIA
  • Data: 16/03/2018
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  • O presente trabalho constituiu em uma análise e otimização termoeconômica de um sistema ITES (Ice Thermal Energy Storage) para atendimento de sistemas de ar condicionado onde foi aplicada a metodologia Four E (análise das eficiências energética, exergética, os aspectos econômicos e ambientais do sistema de armazenamento). Um modelo matemático do sistema foi desenvolvido e um estudo de caso foi aplicado para o conjunto de edificações que compõe a unidade sede da Procuradoria Geral da República – PGR em Brasília/DF. As funções otimizadas foram a eficiência exergética total (maximizada) e taxa de custo total (minimizada) por meio do método Nelder-Mead Simplex. Em seguida, o conjunto de soluções obtidas das funções otimizadas foram plotadas em um Pareto de onde foi selecionado o ponto ótimo de maior eficiência exergética total e menor taxa de custo total do sistema ITES. Para a seleção do ponto ótimo foram utilizadas as técnicas TOPSIS - Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution e LINMAP - Linear Programing Technique for Multidimensional Analysis of Preference. Por fim esse sistema foi comparado a um sistema operando de forma convencional, sem termoacumulação e sob o ponto de vista das modalidades tarifárias horo-sazonal azul e verde de onde foi possível obter o tempo de retorno do investimento e a viabilidade da implementação do sistema ITES. Os Resultados mostraram que o sistema com termoacumulação apresentou uma eficiência exergética de 61,72% enquanto para o sistema convencional a eficiência exergética obtida foi de 59,65%. A Técnica de tomada de decisão TOPSIS foi escolhida por apresentar uma economia anual em relação à técnica LINMAP de aproximadamente 427.000 US$/ano para uma diferença de eficiência exergética de apenas 1,16%. Os resultados também mostraram que o sistema ITES operando com tarifação verde, proporcionou uma economia de energia elétrica em torno de 11% ao ano em relação à operação do sistema convencional, portanto deixando de emitir para a atmosfera cerca de 88,94 toneladas de CO2 anualmente. Os períodos de retorno de investimento (payback) obtidos para a operação do sistema ITES nas modalidades horo-sazonal azul e verde foram de 6,53 anos e 3,34 anos respectivamente. Dessa forma o trabalho contribuiu para uma análise crítica do ponto de vista termoeconômico e ambiental apontando a viabilidade do sistema ITES para centrais de ar condicionado.


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  • The present work consisted in an analysis and thermoeconomic optimization of an ITES (Ice Thermal Energy Storage) system to attend air conditioning systems where the Four E methodology was applied (energy, exergy efficiency analysis, economic and environmental analysis of the storage). A mathematical model of the system was developed and a case study was applied to the set of buildings that make up the headquarters of the Attorney General's Office - PGR in Brasília / DF. The optimized functions were total exergetic efficiency (maximized) and total cost rate (minimized)  through the Nelder-Mead Simplex method. Then, the set of solutions obtained from the optimized functions were plotted in a Pareto from where the optimal point of greatest total exergy efficiency and lowest total cost rate of the ITES system was selected. For the selection of the optimal point, the techniques TOPSIS - Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution and LINMAP - Linear Programing Technique for Multidimensional Analysis of Preference were used. Finally, this system was compared to a system operating in a conventional way, without thermoaccumulation and from the point of view of horo-seasonal blue and Green modalities from which it was possible to obtain the time of return of the investment and the feasibility of the implementation of the system ITES. The results showed that the system with thermoaccumulation presented an exergetic efficiency of 61.72% while for the conventional system the exergética efficiency obtained was 59.65%. The TOPSIS Decision Making Technique was selected for annual savings of approximately 427,000 US$/years for an exergistic efficiency difference of only 1.16%. The results also showed that the ITES system operating with green rates provided electricity savings of around 11% per year compared to the operation of the conventional system, thus leaving to emit about 88.94 tons of CO2 annually. The payback periods obtained for the operation of the ITES system in the horo-seasonal blue and green modalities were 6.53 years and 3.34 years respectively. In this way the work contributed to a critical analysis from the thermoeconomic and environmental point of view, pointing out the feasibility of the ITES system for air conditioning plants.

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  • ESTÊVÃO LANNES TOLENTINO
  • Análise energética e exergética da secagem de grãos de milho em leito fixo utilizando o método de volumes finitos

  • Orientador : JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • RAFAEL PINHEIRO AMANTÉA
  • Data: 23/03/2018
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  • O processo de secagem de grãos é de grande importância para o meio agrícola por gerar melhorias na colheita, redução da perda de produto e por garantir melhor qualidade e conservação dos alimentos, porém é responsável por grande parte do consumo de energia gasta na produção e armazenamento dos grãos. Assim, torna-se relevante o estudo dos secadores de grãos na busca por um uso mais eficiente dos recursos energéticos. Este trabalho visa à elaboração e validação com dados presentes na literatura de um modelo matemático numérico bidimensional de secagem de grãos de milho em leito fixo e camada espessa em formato Computational Fluid Dynamics, a fim de se compreender o comportamento da secagem. O modelo será solucionado utilizando o Método de Volumes Finitos com auxílio do software ANSYS Fluent 18.0. A ferramenta adicional User-Defined Function será utilizada para personalizar o software, permitindo a inserção de um modelo de secagem mais completo, através da programação em linguagem C. Após validação do modelo, será realizado um estudo energético e exergético para dois secadores diferentes, um com escoamento de ar unidimensional e outro com escoamento de ar bidimensional, através da avaliação do comportamento das eficiências energética e exergética, tanto média quanto de pico, para diferentes parâmetros de secagem. Como resultados, mostrou-se que menores vazões mássicas de ar na entrada, decorrentes de menores velocidades ou pressões na entrada, produziram maiores eficiências (média e de pico), tanto de energia quanto de exergia. Constatou-se também que menores temperaturas do ar de entrada geraram maiores picos de eficiências energéticas e menores eficiências energéticas médias, porém maiores temperaturas do ar de secagem forneceram maiores eficiências exergéticas. Ainda verificou-se que menores umidades relativas do ar de entrada produziram maiores eficiências energéticas (média e de pico), enquanto maiores eficiências exergéticas foram obtidas por valores de umidade absoluta do ar de secagem mais próximos da umidade absoluta do estado morto de referência.


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  • The grain drying process is very important for the agricultural ambience by generating improvements in the harvesting, reduction of the product losses and for guaranteeing better quality and conservation of the food, but it is responsible for much of the consumption of energy that is spent in the production and storage of grains. Thus, the study of grain dryers in the search for a more efficient use of energy resources becomes relevant. This work aims at the elaboration and validation with data present in the literature of a numerical mathematical model of two-dimensional drying of corn grains in a fixed and deep bed in Computational Fluid Dynamics format, in order to understand the drying behavior. The model will be solved using the Finite Volume Method through ANSYS Fluent 18.0 software. The additional tool User-Defined Function will be used to customize the software, allowing the insertion of a more complete drying model through programming in C language. After validation of the model, an energy and exergy study will be performed for two different dryers, one with one-dimensional air flow and the other with two-dimensional air flow, through the evaluation of the behavior of energy and exergy efficiencies, both average and peak, for different drying parameters. As results, it was shown that lower inlet air mass flow rates due to lower velocities or pressures at the entrance produced higher efficiencies of energy and exergy (average and peak). It was also observed that lower inlet air temperatures generated higher energy efficiency peaks and lower average energy efficiencies, but higher drying air temperatures provided higher exergy efficiencies. It could also be concluded that lower relative humidity of the inlet air produced higher energy efficiencies (average and peak), while higher exergy efficiencies were obtained by absolute humidity values of the drying air closer to the absolute humidity of the reference dead state.

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  • Julio Ziviani Pochmann
  • Análise de Viabilidade do Uso de Sistemas de Armazenamento de Energia em Sistemas Fotovoltaicos Residenciais em Horário de Ponta Aplicado a Belo Horizonte

  • Orientador : JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • LUIS GUILHERME MONTEIRO OLIVEIRA
  • Data: 11/05/2018
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  • O objetivo principal do presente trabalho é avaliar a viabilidade técnica e econômica de um sistema híbrido, composto por um gerador fotovoltaico e uma bateria, utilizado para atendimento da carga residencial em horário de ponta de casas típicas de Belo Horizonte/MG. Uma extensa revisão bibliográfica é realizada para sistemas de armazenamento de energia, principalmente baterias, e módulos fotovoltaicos baseados em Silício, de maneira a caracterizá-los e mostrar a evolução tecnológica dos mesmos. A partir da obtenção e elaboração de um extenso banco de dados, quatro casos específicos, relativos a diferentes alimentadores e suas respectivas regiões de atendimento, são analisados em detalhe. Para cada caso, são realizados os dimensionamentos do gerador fotovoltaico, do inversor e da capacidade de armazenamento da bateria, baseada na sua profundidade de descarga. Os sistemas híbridos dimensionados são então simulados no software SAM (System Advisor Model), fornecido gratuitamente pelo NREL (National Renewable Energy Laboratory). Os resultados obtidos indicam a viabilidade técnica para todos os casos e viabilidade econômica para um deles dentro do cenário base adotado, sem financiamentos ou incentivos governamentais e/ou da concessionária de energia. Além disso, análises paramétricas indicam que a viabilidade econômica pode ser obtida para todos os casos estudados desde que haja incentivo financeiro governamental e/ou da concessionária de energia local igual a 30% do custo inicial do sistema híbrido.


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  • The main goal of this study is to evaluate the technical and economic feasibility of a hybrid system, composed by a photovoltaic generator and a battery, which must provide energy to a typical house of Belo Horizonte/MG during the consumption peak time. Extensive literature reviews of energy storage systems, mainly batteries, and of silicon-based photovoltaic modules are made to characterize them and to show their technological evolution over the last years. Four specific cases are selected and analyzed in detail, from the achievement of an extensive and complete database. The sizing of the photovoltaic generator, the inverter and the battery capacity (based on its Depth of Discharge) are made for each case. Then, the dimensioned hybrid systems are simulated in SAM (System Advisor Model), a software provided without costs by NREL (National Renewable Energy Laboratory). The results show technical feasibility for all the cases and economic feasibility for just one of them considering the base scenario adopted in this study, which has no financing or government/power distribution company incentives. Parametric analyses show that economic feasibility can be achieved for all the studied cases if the incentives are equal to 30% of the hybrid system initial costs.

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  • Fernando Neves Quintino dos Santos
  • Otimização de Correlações de Transferência de Calor durante a Ebulição Convectiva do R1234yf em Mini e Microcanais

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • CRISTIANO BIGONHA TIBIRIÇA
  • Data: 28/09/2018
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  • R1234yf é um fluido com baixo GWP e o principal substituto do R134a em aplicações automotivas. Entre vários estudos deste fluido, a transferência de calor em ebulição em mini e microcanais precisa de atenção especial devido à sua importância e escassez de dados. O objetivo desta dissertação é compilar dados de coeficientes de transferência de calor da ebulição convectiva do refrigerante R1234yf em dutos horizontais disponíveis na literatura aberta e propor duas correlações com base em modelos já estabelecidos. Uma rotina de otimização que minimizou a soma dos erros quadrados forneceu as constantes empíricas para uma base de dados composta por 876 resultados experimentais de cinco fontes independentes. Os resultados mostraram que as novas correlações apresentaram melhor desempenho do que suas contrapartes.


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  • R1234yf is a low GWP fluid and the principal substitute for R134a in automotive applications. Among several studies of this fluid, boiling heat transfer in mini-channels needs special attention due to its importance and scarcity of data. The purpose of this research is to compile R1234yf pre dry-out horizontal flow boiling heat transfer coefficient data available in the open literature, and propose two correlations based on established models. An optimization routine that minimized the sum of squared errors provided the empirical constants for a database comprised of 876 experimental results from five independent sources. Results showed that the new correlations performed better than their counter-parts.

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  • Paulo Henrique dos Santos Souza
  • Avaliação das Propriedades Termodinâmicas do HFO1234yf Sob Regime de Nanofluido com Adição de Partículas de SiO2, TiO2 e ZnO.

  • Orientador : EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • RALNEY NOGUEIRA DE FARIA
  • RAPHAEL NUNES DE OLIVEIRA
  • Data: 19/10/2018
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  • O presente trabalho busca investigar o fluido refrigerante HFO1234yf, sob a condição de nanofluido, com adição de partículas de SiO2, TiO2 e ZnO, com o objetivo de estimar através de correlações, os valores da velocidade de sedimentação, condutividade térmica, viscosidade dinâmica, densidade, calor específico e CTC (escoamento laminar monofásico e bifásico), para que, ao final, as comparassem com os valores encontrados para o R-134a puro. As propriedades termofísicas foram calculadas utilizando correlações ajustadas para nanorefrigerantes, considerando o fluido em fase líquida e vapor, nas temperaturas de 283K a 323K, nanopartículas de 5nm a 50nm e concentrações de 1% a 6%. Com isso verificou-se que as propriedades resultaram em uma melhoria mais significativa nos nanofluidos com concentrações de nanopartículas de 6%, com diâmetros de 5nm, principalmente para HFO1234yf-ZnO. Esse, no entanto, superou os valores do R-134a puro, em todas as propriedades, com exceção da condutividade térmica e o CTC para regime laminar monofásico. Por fim, concluiu-se que mesmo com a sedimentação eminente das nanopartículas, o incremento das nanopartículas mostraram ser uma alternativa, em termos de desempenho, para sistemas de refrigeração, em virtude da melhoria das propriedades termofísicas dos nanofluidos.


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  • The present work investigates the refrigerant coolant HFO1234yf, under the condition of nanofluid, with addition of SiO2, TiO2 e ZnO particles, in order to estimate the sedimentation velocity, thermal conductivity, dynamic viscosity, density, specific heat and CTC (single phase and biphasic laminar flow), order to compare them with the values found for the pure R-134a. The thermophysical properties were calculated using adjusted correlations for nanorefrigerants, considering fluid in liquid phase and steam, at temperatures of 283K to 323K, nanoparticles of 5nm to 50nm and concentrations of 1% to 6%. With this, it was verified that the properties had a more significant improvement in the nanofluido with concentrations of nanoparticles of 6%, with diameters of 5nm, mainly for HFO1234yf-ZnO. This, however, exceeded the values of the pure R-134a in all properties except for the thermal conductivity and the CTC for single-phase laminar flow. Finally, it was concluded that, even with the eminent sedimentation of the nanoparticles, the increase of the nanoparticles showed to be an alternative in terms of performance for refrigeration systems, due to the improvement of thermo-physical properties of the nanofluids.

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  • VINICIUS LOPES VILAÇA SANTOS
  • Análise numérica do escoamento e do comportamento térmico de um secador solar ativo misto utilizando COMSOL Multiphysics

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • Data: 24/10/2018
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  • A crescente produção de resíduos nas mais diversas atividades humanas impõe um grande desafio à sociedade em como lidar e tratar com esta imensa quantidade de materiais descartáveis. O Plano Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) indica que, no ano de 2008, 51,4% dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) no Brasil eram formados por matéria orgânica, com alto conteúdo de umidade. A secagem dos resíduos úmidos é uma eficiente forma de redução do peso e volume dos mesmos, reduzindo o trabalho e os custos para a armazenagem final dos produtos descartáveis e aumenta a vida útil dos aterros sanitários. Secadores solares são uma alternativa viável nas aplicações de secagem de resíduos úmidos em comparação com os secadores convencionais. Suas vantagens consistem em utilizar uma energia renovável, não poluente, gratuita e abundante em diversas localidades do mundo. Neste contexto, este trabalho realizou um estudo numérico do escoamento e do comportamento térmico no interior do secador solar do CEFET-MG. Tal estudo englobou a elaboração do modelo matemático tridimensional para o escoamento, solução do modelo através do Método de Elementos Finitos utilizando o software COMSOL Multiphysics e validação do modelo através da comparação dos resultados obtidos com dados gerados em trabalho experimental sobre o referido secador. O valor obtido para a temperatura do ar na saída do secador foi 85,9 oC. Tal valor é cerca de 1,72% menor que o valor obtido experimentalmente (87,4 oC). A umidade relativa obtida para o ar de secagem na saída do secador foi de 1,64%, resultado próximo ao valor experimental de 0,90%. A análise da distribuição espacial da temperatura mostra que a temperatura da câmara de secagem é bem constante em todo o seu volume, gerando uma secagem mais uniforme dos produtos. A observação das linhas de corrente do escoamento no secador permite concluir que o fluxo concentra-se na parte central do mesmo, não aproveitando, na totalidade, a capacidade máxima de transferência de calor da placa absorvedora.


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  • The increasing production of waste in the most diverse human activities poses a great challenge to society in how to handle and deal with this immense quantity of disposable materials. The National Solid Waste Plan (PNRS) indicates that, in 2008, 51.4% of Urban Solid Waste (RSU) in Brazil was formed by organic matter, with a high moisture content. Drying of wet waste is an efficient way to reduce the weight and volume of waste by reducing labor and costs for the final storage of disposable products and extending the life of landfills. Solar dryers are a viable alternative in wet-residue drying applications compared to conventional dryers. Its advantages are to use renewable, non-polluting, free and abundant energy in various locations around the world. In this context, this work carried out a numerical study of the flow and the thermal behavior inside the CEFET-MG solar dryer. This study included the elaboration of the three - dimensional mathematical model for the flow, solution of the model through the Finite Element Method using COMSOL software and validation of the model by comparing the results obtained with data generated in experimental work on the referred dryer. The value obtained for the air temperature at the dryer outlet was 85.9 °C. Such value is about 1.72% less than the value obtained experimentally (87.4 °C). The relative humidity obtained for the drying air at the dryer outlet was 1.64%, a result close to the experimental value of 0.90%. The analysis of the spatial distribution of temperature shows that the temperature of the drying chamber is very constant throughout its volume, generating a more uniform drying of the products. The observation of the stream flow lines in the dryer allows to conclude that the flow is concentrated in the central part of the dryer, not taking full advantage of the maximum heat transfer capacity of the absorber plate.

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  • Fausto Torres Magalhães Avelar
  • Desenvolvimento de um modelo unidimensional para simulação de desempenho e emissões de um motor ciclo Otto Ford Sigma 1.6 16V

  • Orientador : FERNANDO ANTONIO RODRIGUES FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDO ANTONIO RODRIGUES FILHO
  • JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
  • MARCIO EXPEDITO GUZZO
  • THIAGO AUGUSTO ARAUJO MOREIRA
  • Data: 12/11/2018
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  • O crescimento da frota veicular causa aumento na demanda de combustível e significativo aumento da emissão de gases poluentes, sendo que esta é responsável por 19% da emissão de gases causadores do efeito estufa. Os estudos relacionados ao desenvolvimento dos motores de combustão interna necessitam do uso de recursos tecnológicos e computacionais para simulação de desempenho e emissões. O cenário competitivo mundial requer o domínio de ferramentas que consistem na redução de tempo e custos de desenvolvimento. Modelos unidimensionais tem se demonstrado como uma alternativa eficiente nas simulações de motores de combustão interna, obtendo erros inferiores a 7% em relação a dados obtidos experimentalmente. O GT-POWER é utilizado para simulações unidimensionais de motores de combustão interna envolvendo equações de conservação da energia, da quantidade de movimento, da continuidade, e modelos de combustão. Neste trabalho é proposto um modelo 1D para simular através dos métodos de volumes finitos o desempenho do motor Ford Sigma 1.6 16V para regime de rotação entre 1000 e 6000 rpm na condição de plena carga (WOT). Torque, potencia, eficiência volumétrica, consumo específico de combustível e emissões específicas de CO, CO2, THC e NOx são apresentados para o motor operando com gasolina comercial (E25). Uma análise dos resultados numéricos é apresentada, onde verificou-se erros inferiores a 5% para torque e potência, até 3% para eficiência volumétrica, 5% para pressão média efetiva e 4% para consumo específico.


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  • The increasing of vehicle unities around the world demands higher fuel consumption and consequently increase at vehicles exhaust gas pollutants emissions which represents 19% of total greenhouse effect gas promoters. Researches concerning design of internal combustion engine explore computational and technological devices to simulate the performance of vehicles exhaust gas pollutants emissions. The fierce automotive market requires a high understanding level of such tools to reach shorter times to develop design resolutions. Unidimensional models are recognized as a viable choice for internal combustion engine simulations, reaching deviations of less than 7% in comparison with empirical data. GT-POWER Software is performed to unidimensional simulations of internal combustion engine solving equations of energy conservation, momentum, continuity, heat transfer and combustion. The aim of this research is to purpose an unidimensional model to simulate the performance of a SIGMA 1.6 16V FORD engine to a rotation rate between 1000 and 6000 rpm at a wide open throttle condition. Torque, power, volumetric efficiency, specific fuel consumption rate and specific emissions rates for CO, CO2, THC and NOx are presented to the subject engine operating with commercial gasoline (E25). Final analysis presents deviations of less than 5% concerning torque, power and effective mean pressure, 4% for specific fuel consumption rate and finally 3% about volumetric efficiency.

2017
Dissertações
1
  • MARCELO SILVA MONTEIRO
  • Desempenho de Sistemas de Refrigeração Operando com Nanorefrigerantes

  • Orientador : EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • LUIZ MACHADO
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 10/03/2017
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  • O objetivo do presente trabalho é analisar teoricamente o desempenho de sistemas de refrigeração por compressão de vapor, operando com nanorefrigerante. Para isso uma revisão bibliográfica sobre sistemas de refrigeração e ebulição convectiva de fluidos convencionais foi realizada. Além da revisão bibliográfica dados disponíveis na literatura sobre as propriedades térmicas, perda de pressão, CTC - Coeficiente de Transferência de Calor por convecção de nanorefrigerantes e modelos de previsão foram pesquisados sendo posteriormente discutidos. Com os modelos de previsão e auxílio do software EES - Engineering Equation Solver as propriedades térmicas (condutividade térmica, viscosidade dinâmica, calor e massa específica), a perda de pressão e o CTC foram previstos, para um escoamento através de um tubo horizontal liso, em diferentes condições. Uma combinação variada de nanopartículas com refrigerantes halogenados foi utilizada para composição dos nanorefrigerantes.    Os resultados obtidos foram analisados e posteriormente comparados com dados experimentais da literatura. Foi verificado que a adição de nanopartículas ao fluido base geralmente provoca incrementos na condutividade térmica. Este incremento na condutividade térmica aumenta o CTC melhorando assim o desempenho de sistemas de refrigeração. Foi observado uma discrepância entre os resultados experimentais da literatura para o CTC durante a ebulição convectiva de nanorefrigerantes e os obtidos através dos modelos de previsão. As nanopartículas de óxidos metálicos, por possuírem menor massa específica, causam menor incremento na perda de pressão em relação as metálicas sendo por este motivo mais indicadas para aplicação em sistema de refrigeração. Verificou-se também neste estudo que nenhum dos modelos de previsão consegue descrever de forma exata o fenômeno físico que são os nanorefrigerantes, sendo necessário aperfeiçoamento dos mesmos.


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  • The objective of the present study is to analyze theoretically the performance of refrigeration systems steam compression operating with nanorefrigerants. For this purpose a literature review about refrigeration system and flow boiling to conventional fluids was developed. In addition, data available in the literature on thermal properties, pressure loss, HTC - Heat Transfer Coefficient convective nanorefrigerants and prediction models were searched and later discussed. Using the mathematics prediction models and software EES - Engineering Equation Solver the thermal properties (thermal conductivity, viscosity, heat and mass specific), lost pressure and CTC were prediction to flow through smooth flat horizontal pipe in different conditions. A mixed combination of nanoparticle with halogenated refrigerants was used to composition of the nanorefrigerants. The obtained results were analyzed and later compared with experimental data of the literature. It was found that the addition of nanoparticles in the base fluid generally causes increases in thermal conductivity. This increase in thermal conductivity increases the HTC improving the performance of refrigeration systems. A discrepancy was observed between the experimental results of the literature for the HTC during the convective boiling of nanorefrigerants and those obtained through the forecast models. The metallic oxide nanoparticles are more indicated for application in the refrigeration system than metallic because they have lower specific mass causing smaller increase in lost pressure. It was also verified in this study that none prediction models can accurately describe the physical phenomenon that are the nanorefrigerants, being necessary to improve the models.

2
  • Maryna Fernanda Ferreira Melo
  • Estudo da Aplicação do Sal Fundido em Sistemas de Concentração Solar Tipo Calha Parabólica

  • Orientador : FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 07/07/2017
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  • A fim de aumentar a eficiência e competitividade de sistemas de coletores solares do tipo calha parabólica e, assim reduzir os custos de produção da chamada energia limpa, as próximas gerações de sistemas concentração solar deverão atingir temperaturas de trabalho cada vez mais altas. Sendo o óleo térmico, fluido de trabalho convencional destes sistemas, quimicamente instável a temperaturas superiores a 400 ºC, uma das formas de viabilizar melhor rendimento termodinâmico ao sistema é buscar fluidos de trabalho que permitam a operação do sistema a temperaturas maiores do que as usualmente adotadas. O uso de sais fundidos como fluidos de transferência de calor em concentradores solares parabólicos é um conceito considerado promissor, oferecendo um caminho para tornar a eficiência energética de usinas de fonte solar comparáveis àquelas de um ciclo Rankine convencional, já que sais fundidos apresentam estabilidade química até 600 ºC. Tendo em vista este e outros benefícios oferecidos pelo uso deste fluido de transferência de calor, foi elaborado um modelo matemático computacional tridimensional capaz de simular o comportamento de um campo solar com coletores do tipo calha parabólica com base no método dos elementos finitos para avaliação da temperatura de saída do sal fundido em comparação com aquela do óleo térmico caso ambos operem como fluidos de transferência de calor em receptores horizontais de concentradores solares do tipo calha parabólica sob condições idênticas. O modelo matemático do sistema foi validado através de dados existentes do protótipo de campo solar “Usina Solar” de propriedade do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais. Conclui-se, com base nas investigações realizadas, que é possível adotar-se o sal fundido como fluido de transferência de calor de uma usina solar de geração de potência elétrica do tipo calha parabólica com o intuito de que o rendimento térmico da tal seja alçado àqueles níveis de rendimento logrados, até então, apenas por ciclos Rankine propelidos a combustíveis fosseis ou carvão vegetal. Requer-se, para tanto, maior área de captação de energia solar devido à grande densidade dos sais fundidos em relação àquela dos óleos sintéticos minerais ordinariamente utilizados em instalações solares.


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  • In order to increase efficiency and competitiveness of parabolic trough collector solar systems and reduce production costs of the so-called clean energy, the next generations of solar systems must focus on increasing its operation temperatures. Since thermal oil, the conventional heat transfer fluid of these systems, is chemically unstable at temperatures above 400 °C a way to achieve better thermodynamic efficiency levels is investigate new heat transfer fluids witch allow system operation at higher temperatures compared to those usually adopted. The use of molten salts as heat transfer fluids in parabolic trough solar concentrators is a promising concept, offering a path to make the energetic efficiency associated to solar power plants comparable to those associated to conventional Rankine cycles, since molten salts are considered chemically stable up to 600 °C. In view of this and other benefits offered by the use of this heat transfer fluid, a three-dimensional computational mathematical model was developed in order to simulate the behavior of a parabolic trough solar field based on the Finite Element Method for the evaluation of molten salt exit temperature from the horizontal receivers of parabolic trough solar concentrators in comparison to that of the thermal oil if both operate as heat transfer fluids under the very same conditions. The mathematical model of the system was validated using data from the demo solar field "Usina Solar" owned by the Centro Federal de Tecnologia de Minas Gerais. Based on the results of this investigation, it is concluded that it is possible to adopt molten salt as heat transfer fluid of a parabolic trough solar power generation plant in order to increase its thermodynamic efficiency, making it comparable to the efficiency of Rankine cycles powered by fossil fuels or charcoal. For this purpose, a larger area of the solar energy absorber is required due to the high density of the molten salts compared to other synthetic oils.

3
  • ANA CAROLINA LEITE BOREM BICALHO
  • Análise da Eficiência Energética e Exergética em Secadores Solar e Elétrico na Secagem de Café

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • Data: 14/07/2017
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  • A secagem de produtos agrícolas é largamente utilizada no mundo para o controle e a manutenção da qualidade destes produtos. O emprego da secagem artificial propicia ao agricultor a possibilidade de prever com antecedência as demais fases da operação de processamento do produto, bem como eliminar ou diminuir a influência dos fatores atmosféricos na secagem, além de permitir um melhor controle e uniformidade da sua porcentagem de umidade. O objetivo do presente trabalho foi avaliar experimentalmente o processo de secagem de grãos de café (Coffea Arabica L.), variedade Catiguá em secador solar de cabine e em secador elétrico, realizando uma análise do processo de secagem de café por meio da primeira e da segunda lei da Termodinâmica, isto é, por meio dos conceitos de energia (entalpia) e exergia (disponibilidade de corrente). O monitoramento dos parâmetros do ar de secagem foi realizado através de sensores e equipamentos instalados em pontos de entrada e saída dos secadores. O café é um importante produto de exportação brasileira, por fazer parte do hábito alimentar da população de diversos países. Sua produção vem passando por transformações tecnológicas que têm como objetivo agregar valores qualitativos ao produto destinado tanto para mercado interno como externo. Foram utilizados grãos de café descascados manualmente com teor inicial de água de 49% (b.u.) no secador elétrico e com 61% (b.u.) no secador solar, submetidos à secagem até atingirem o teor médio de 18% (b.u.). Na avaliação energética do secador elétrico e do secador solar, o primeiro apresentou melhor eficiência energética no processo de secagem do café. Assim, o secador elétrico é mais eficiente do que o secador solar. Na avaliação exergética, os resultados mostram que as perdas de exergia foram menores e a eficiência foi maior para o secador solar, quando comparado ao secador elétrico.


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  • Drying of agricultural products is widely used in the world for the control and maintenance of the quality of these products. The use of artificial drying gives the farmer the possibility of anticipating the other phases of the product processing operation, as well as eliminating or reducing the influence of atmospheric factors on drying, as well as allowing better control and uniformity of humidity percentage . The objective of the present work was to evaluate the drying process of coffee beans (Coffea Arabica L.), Catiguá variety in a solar cabinet dryer and electric dryer, by performing an analysis of the drying process of coffee through the first and Second law of thermodynamics, that is, through the concepts of energy (enthalpy) and exergy (current availability). The monitoring of the drying air parameters was performed through sensors and equipment installed at the entrance and exit points of the dryers. Coffee is an important Brazilian export product, because it is part of the food habits of the population of several countries. Its production has undergone technological transformations that have the objective of adding qualitative values to the product destined for both internal and external markets. Manganese coffee husks with initial water content of 49% (b.u.) were used in the electric dryer and 61% (b.u.) in the solar dryer, which were submitted to drying until reaching the average content of 18% (b.u.). In the energy evaluation of the electric dryer and the solar dryer, the first showed better energy efficiency in the coffee drying process. Thus, the electric dryer is more efficient than the solar dryer. In the exergética evaluation, the results show that the losses of exergy were smaller and the efficiency was higher of the solar dryer when compared to the electric dryer.

4
  • Paulo Fernando Figueiredo Maciel
  • Análise Energética e Exergética da Secagem de Cacau em Secador Elétrico e em Secador Solar

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 01/09/2017
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  • A secagem é uma das operações mais antigas de conservação de alimentos utilizada pelo homem e pode ser definida como a retirada de umidade do produto através da aplicação de uma fonte de calor. Em geral o ar aquecido é responsável por retirar a umidade do produto e transportá-la para longe. Trata-se de uma operação de transferência de calor e massa em regime transiente que ocasiona uma redução de volume do produto e em geral altera seus aspectos sensoriais. A secagem está presente em diversas áreas, além de ser uma das principais etapas do beneficiamento de produtos na agroindústria.  O cacau é muito popular em todo mundo e no Brasil tem papel de destaque sendo o sexto maior produtor do mundo com produção estimada em 260.000 t/ano. O alto teor de umidade inicial do cacau, entre 50% e 60%, e o baixo teor após a secagem, em torno de 10%, guiaram a escolha do mesmo. Este trabalho tem como objetivo comparar o desempenho de um secador solar ativo (tipo cabine) com um secador elétrico convectivo na secagem de cacau através de ensaios de secagem com medição dos parâmetros envolvidos no processo e realizar uma analise energética e exergética em ambos os secadores. Também foi calculado o fator de calor sensível para cada secador.  O tempo de secagem no secador elétrico foi de 18 horas para 4 kg de cacau, enquanto no secador solar foi em torno de 8 horas para 1,5 kg de cacau. Ambos os secadores foram capazes de realizar a secagem do cacau com êxito. O secador elétrico teve uma maior eficiência térmica média (60%) que o secador solar (31%). A eficiência de secagem do secador elétrico foi maior que a do solar, 8,3%, contra 4,8%. No secador elétrico o teor de umidade em base úmida final foi de (9,30 ± 0,49) % enquanto no solar esse valor ficou em          (12,00± 0,97) %. Os dois secadores atingiram eficiências exergéticas superiores a 90% com baixa destruição de exergia.


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  • The drying is one of the oldest operations of conservation of foods used by the man and it can be defined as the removal of moisture content of the product through the application of a heat source. In general the heated air is responsible to remove the moisture content of the product and take it away. It is an operation of transfer of heat and mass in transient regime that causes a reduction of volume of the product and in general alters their sensory aspects. The drying is present in several areas, besides being one of the main stages of the products improvement in the agroindustry. The cocoa is very popular in all the world and in Brazil it has a prominent role being the sixth biggest producer of the world with production aroud of 260,000 t/ano. The high  initial moisture content of the cocoa, between 50 % and 60 %, and the low moisture content after the drying, around 10 %, have guided the choice of the cocoa. This work has an aim  of  compare the performance of an active solar drier (type cabin) with an electric drier in the cocoa drying through drying tests with measurement of the parameters involved in the process and perform an energetic and exergética analyze in both driers. Also the factor of sensitive heat was calculated for each drier. The drying time in the electric drier was 18 hours for a 4 kg of cocoa, while in the solar drier were about 8 hours for 1.5 kg of cocoa. Both driers were able to carry out the drying of the cocoa with success. The electric drier had a bigger average thermal efficiency (60%) than the solar drier (31%). The efficiency of drying of the electric drier was bigger than the solar drier, 8.3 %, against 4.8 %. In the electric drier the moisture content in final wet base was (9.30 ± 0.49) % while in  the solar drier this value was (12.00 ± 0.97) %. Both driers reached exergetic efficiency above 90% with low exergetic destruction.

5
  • Marcos Antônio Leporate Barroso
  • Avaliação Energética da Usina Solar Fotovoltaica do Estádio Mineirão por Meio de Simulações Dinâmicas e Medições Aplicando o IPMVP

  • Orientador : FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • PATRICIA ROMEIRO DA SILVA JOTA
  • ANA PAULA BATISTA
  • LUIS GUILHERME MONTEIRO OLIVEIRA
  • Data: 21/12/2017
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  • O uso de fontes renováveis de energia, como a energia solar fotovoltaica, vem se tornando cada dia mais frequentes no Brasil e se destacando pelos ganhos econômicos e ambientais. Quando estes sistemas são implementados, é necessário que seja avaliado a geração de energia disponibilizada. Metodologias que permitam a avaliação da geração de energia são ferramentas fundamentais ao apoio no desenvolvimento de projetos, sobretudo, na área de medição e verificação de resultados. A divulgação do Protocolo Internacional de Medição e Verificação de Desempenho (IPMVP) pela Efficiency Valuation Organization (EVO), incentivou o desenvolvimento de pesquisas de avaliação e performance da geração e do uso de energia. Neste trabalho, são utilizadas técnicas de M&V, opções C e D do IPMVP Vol. III Part. II, 2003 que é aplicado em projetos de energia renováveis, e no caso deste estudo para avaliação da geração de uma usina solar, em operação, instalada no Estádio do Mineirão em Belo Horizonte-MG. Foram comparados dados reais e simulados da usina solar do Mineirão modelada através do software TRNSYS®. Foram realizadas diversas simulações da usina com os parâmetros de inclinação e orientação azimutal dos respectivos arranjos de painéis fotovoltaicos. Foram detalhadas as características técnicas como os equipamentos utilizados, configuração das strings nos 88 segmentos, análise do sombreamento, análise da irradiação solar mensal PVsyst e das estações meteorológicas solarimétricas DL01 a DL04 e sistema SCADA de monitoramento “on-line’ da própria usina. Além disso, foi apresentado a descrição do software TRNSYS com a configuração utilizada de componentes “Types e Equations” necessários para simular os dados de irradiação e geração de energia (anual e mensal) da usina como um todo e também dos setores parciais da usina, adotando as seguintes configurações: setor único e azimute 0°, 4 setores e azimutes de localização das 4 estações meteorológicas solarimétricas, 8 setores e azimutes de localização das 8 salas técnicas dos inversores. Também foram analisados os dados de medição real do sistema SCADA, das medições realizadas com o analisador de energia Fluke 435 II nas salas dos inversores, e as simulações no PVsyst (outros autores) que foram utilizadas para o comparativo de desempenho com as simulações feitas no TRNSYS. Foi utilizada a metodologia de Medição e Verificação (IPMVP) para verificar se o projeto simulado antes da instalação (ex-ante) ficou conforme as medições realizadas pós implantação (ex-post). A escolha das opções C e D do IPMVP utilizadas, se justificaram, uma vez que a determinação da geração de energia foi baseada na análise de dados reais e simulados do sistema, no período de maio de 2014 a abril de 2015 que corresponde a uma análise de desempenho de 12 meses, resultando numa previsão de geração de energia elétrica simulada no PVsyst da ordem de 1.610,00 MWh/ano e no TRNSYS de 1.737 MWh/ano. Já a medição real do sistema SCADA foi de 1.778 MWh/ano. Analisando os resultados das simulações, TRNSYS para PVsyst, a variação diferencial ficou em 8%. Analisando medição real com simulação, sistema SCADA para TRNSYS, representou uma variação percentual de 2,4%, enquanto que sistema SCADA para PVsyst, representou uma variação percentual de 10,5% no mesmo período analisado. Verificou-se que as simulações no TRNSYS apresentaram resultados satisfatórios, com dados de geração de energia elétrica indicando que a usina operou com 95% de disponibilidade e com geração acima dos 1.700 MWh/ano. O software TRNSYS permitiu uma análise e comparação da simulação pré-instalação ("ex-ante") realizada no software PVsyst. Os resultados apontaram que a simulação realizada no TRNSYS obteve valores mais próximos dos dados reais e indicando que o TRNSYS apresenta modelos satisfatórios, sendo este indicado para realizar análises de M&V em sistemas fotovoltaicos.


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  • The use of renewable sources of energy, as the energy solar fotovoltaica, comes if turning every more frequent day in Brazil and standing out for the economical and environmental earnings. When these systems are implemented, it is necessary that the generation of made available energy is evaluated. Methodologies that allow the evaluation of the generation of energy are fundamental tools to the support in the development of projects, above all, in the measurement area and verification of results. The popularization of the International Protocol of Measurement and Verification of Acting (IPMVP) for Efficiency Valuation Organization (EVO), motivated the development of evaluation researches and performance of the generation and of the use of energy. In this work, techniques of M&V are used, options C and D of IPMVP Vol. III Part. II, 2003 that is applied in renewable projects of energy, and in the case of this study for evaluation of the generation of a solar plant, in operation, installed at the Stadium of Mineirão in the Mineirão Stadium in Belo Horizonte, MG. Real and simulated data of the solar plant of Mineirão were compared modeled through the software TRNSYS®. Several simulations of the plant with the parameters of inclination and azimuthal orientation of the respective arrangements of photovoltaic panels were carried out. The technical characteristics such as the equipments used, configuration of the strings in the 88 segments, shading analysis, PVsyst monthly solar irradiance analysis and the solar stations DL01 to DL04 and SCADA online monitoring system of the plant were detailed. In addition, a description of the TRNSYS software was presented with the configuration of the "Types and Equations" components needed to simulate the irradiation and power generation data (annual and monthly) of the plant as a whole and also of the partial sectors of the plant, adopting the following configurations: single sector and 0° azimuth, 4 sectors and location azimuths of the 4 solarimetric meteorological stations, 8 sectors and location azimuths of the 8 technical rooms of the inverters. We also analyzed the actual measurement data of the SCADA system, the measurements performed with the Fluke 435 II energy analyzer in the inverter rooms, and the simulations in the PVsyst (other authors) that were used to compare performance with the simulations made in the TRNSYS. The Measurement and Verification (IPMVP) methodology was used to verify if the simulated design before installation (ex-ante) was in accordance with measurements made after implantation (ex-post). The choice of the C and D options of the IPMVP used were justified, since the determination of the power generation was based on the analysis of real and simulated data of the system, from May 2014 to April 2015, which corresponds to an analysis of 12 months, resulting in a simulated electricity generation in PVsyst of the order of 1,610.00 MWh/year and TRNSYS of 1,737 MWh/year. The actual measurement of the SCADA system was 1,778 MWh/year. Analyzing the simulation results, TRNSYS for PVsyst, the differential variation was 8%. Analyzing real measurement with simulation, SCADA system for TRNSYS represented a percentage variation of 2.4%, while SCADA system for PVsyst represented a percentage change of 10.5% in the same period analyzed. It was verified that the simulations in the TRNSYS presented satisfactory results, with electric power generation data indicating that the plant operated with 95% availability and with generation above 1,700 MWh/year. The TRNSYS software enabled an analysis and comparison of the pre-installation ("ex-ante") simulation performed in the PVsyst software. The results showed that the simulation performed in the TRNSYS obtained values closer to the real data and indicating that the TRNSYS presents satisfactory models, being indicated to perform M&V analyzes in photovoltaic systems.

2016
Dissertações
1
  • Ivan Magela Corgozinho
  • MODELAGEM E SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE UM COLETOR SOLAR DE PLACA PLANA UTILIZANDO O MÉTODO DOS VOLUMES FINITOS

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • ELIZABETH MARQUES DUARTE PEREIRA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • LUCAS PAGLIONI PATARO FARIA
  • RUDOLF HUEBNER
  • Data: 05/02/2016
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  • Neste trabalho é aplicado o método dos volumes finitos para avaliação de desempenho de um coletor solar de placa plana. A análise é baseada em um modelo tridimensional de um coletor com sete tubos de elevação e dupla cobertura vidro. As características construtivas do coletor simulado foram definidas a partir de um modelo de otimização criado pelo grupo de pesquisa responsável pelo P&D 438 Cemig/ANEEL, no qual se insere este trabalho. Posteriormente foi fabricado um protótipo do modelo por uma empresa especializada segundo os critérios estabelecidos pelo grupo de trabalho. Após a fabricação os coletores foram ensaiados em laboratório credenciado pelo INMETRO para certificação de coletores solares, gerando dados experimentais que foram utilizados para a validação do modelo computacional proposto neste trabalho. Os principais pontos analisados foram a eficiência térmica para diversas condições de operação, o perfil de vazão nos tubos de elevação e as características da convecção natural observada nas camadas de ar entre a placa absorvedora e as coberturas de vidro.


  • Mostrar Abstract
  • Computational fluid dynamics simulation tools are widely used in cutting-edge industry for evaluation and characterization of phenomena involving equipment and processes in areas such as automotive, aerospace and shipbuilding. However, the a/pplication of such tools in the industry and research areas related to the conversion and use of solar energy has been very little explored. This paper applied the finite volume method for evaluating performance of a flat plate solar collector. The analysis is based on a three dimensional model of a collector with seven risers and double glass cover. The construction characteristics of the simulated collector were defined from an optimization model created by the research group responsible for the R & D 438 Cemig / ANEEL, which incorporates this work. It was later made a prototype model by a specialized company according to the criteria established by the working group. After manufacturing the collector was tested in a laboratory accredited by INMETRO for certification of solar collectors, generating experimental data used to validate the computational model proposed in this work. The main points analyzed were the thermal efficiency for different operating conditions, the flow profile in the risers and the characteristics of the natural convection observed in the layers of air between the absorbing plate and glass covers. The results obtained from the model are in good agreement with the experimental data of outlet temperature with corresponding thermal efficiency and maximum absolute deviation of 6.8%. Also the flow profile in the absorber tubes presented a behavior consistent with numerical and experimental evaluation studies found in the literature.

2
  • CLEISON HENRIQUE DE PAULA
  • Análise Teórico-Experimental de um Trocador de Calor Tubo Aletado Composto de uma Aleta Ondulada Utilizado em Sistemas Térmicos como Condensador

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 03/06/2016
  • Mostrar Resumo
  • O presente trabalho consiste em realizar tanto um levantamento bibliográfico sobre as principais superfícies de intensificação para trocadores de calor tubo aletados quanto em submeter um trocador de calor tubo aletado composto de aletas onduladas a nove condições de teste em uma bancada experimental com a finalidade de determinar em qual condição esse equipamento pode operar com maior desempenho termo-hidráulico. Dessa forma, em cada teste os fatores j-Colburn (j) e de atrito (f) calculados experimentalmente foram comparados com duas correlações empíricas, onde foi observado que essas correlações não representaram com uma boa precisão os dois fatores ao mesmo tempo, mas somente um deles, devido ao fato dessas correlações estarem limitadas às características geométricas do banco de dados dos trocadores onde foram construídas. O desempenho termo-hidráulico do trocador tubo aletado testado foi avaliado utilizando-se o parâmetro j/f, ou seja, maiores fatores j/f representam trocadores com maior desempenho termo-hidráulico. Dessa forma, o presente trabalho contribui para projetos de trocadores de calor tubo aletado que reduzam o consumo de energia em sistemas térmicos.


  • Mostrar Abstract
  • The present paper consists of performing both a bibliographical survey about the main surfaces of intensification of a finned tube heat exchanger as in submitting a finned tube heat exchanger composed of a wavy fin to nine test conditions in an experimental apparatus in order to determine which condition this equipment can operate with greater thermal hydraulic performance. Thus, in each test the Colburn j and friction (f) factors calculated experimentally were compared with two empirical correlations, where it was observed that these correlations did not represented with good accuracy both factors at the same time, but only one of them, due to the fact that these correlations are limited to the geometric features of the database of the heat exchangers where they were built. The Thermal hydraulic performance of finned tube heat exchanger tested was evaluated using the j/f parameter, i.e., major j/f factors represent heat-exchangers with higher thermal hydraulic performance. Thus, the present paper contributes to projects of finned tube heat exchangers that reduce energy consumption in thermal systems.

3
  • HENRIQUE NEIVA GUIMARAES
  • MODELAGEM COMPUTACIONAL E ANÁLISE DE PARÂMETROS CONSTRUTIVOS DE UM EVAPORADOR TUBO ALETADO UTILIZANDO A GERAÇÃO DE ENTROPIA

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 30/11/2016
  • Mostrar Resumo
  • Este trabalho buscou aprimorar um modelo matemático, inicialmente desenvolvido por Domanski (1989) utilizando a linguagem FORTRAN, capaz de prever o desempenho de um trocador de calor do tipo tubo aletado através do método tubo a tubo. Ao modelo proposto foram incorporados os tipos de aleta ventilada e geradora de vórtice, os refrigerantes R134a e R1234yf, a queda de pressão do ar ao escoar entre as aletas, além de atualizar algumas correlações empregadas para o cálculo do coeficiente de convecção dos tubos e das aletas. Adicionalmente foi incorporado ao modelo matemático o cálculo da entropia gerada durante o funcionamento do equipamento. O novo modelo foi validado através de comparações com resultados experimentais e numéricos, presentes na literatura. Uma minimização do número de geração de entropia foi feita em função de seis parâmetros do evaporador: tipo de aletas e distância entre elas, distância entre as fileiras de tubos e diâmetro dos mesmos, tipo de refrigerante e superfície interna dos tubos. Os resultados revelaram que os fatores que mais influenciaram a geração de entropia foram a distância entre as aletas, a distância entre as fileiras de tubos e o tipo de refrigerante empregado, além de ressaltar que a maior parcela de irreversibilidade está associada ao escoamento do ar entre as aletas. A combinação de parâmetros que apresentou o menor número de geração de entropia foi: aleta estendida com distância entre elas de 2,23 mm, tubo com diâmetro de 11 mm e superfície micro-aletada, distância entre as fileiras de tubos de 40 mm e operando com refrigerante R22.


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  • This study aimed to improve a mathematical model, first developed by Domanski (1989) using FORTRAN language, able to predict the performance of a finned tube heat exchanger trough the tube-by-tube method. To the proposed model were incorporated louvered fins and vortex generator fins, the R134a and R1234yf refrigerant, the pressure drop of air to flow between the fins and to update the correlations used to calculate the convection coefficient of tubes and fins. Additionally it was incorporated to mathematical model the calculation generated entropy during operation of the equipment. The new model was validated by comparison with experimental and numerical results, present in the literature. A minimization of the number of entropy generation was made according evaporator’s six parameters: type of fins and the distance between them, the distance between the tube rows and the diameter of them, type of coolant and the internal surface of the tubes. The results showed that the factors that most influence the entropy generation were the distance between the fins, the distance between the tube rows and the type of coolant, Besides that the largest share of irreversibility is associated with the flow of air between the fins. The combination that presented the lowest entropy generation number was: split fin with the distance of 2,23 mm between them, tubes with diameter of 11 mm and micro-finned surface, distance between tube rows of 40 mm and operating with R22.

4
  • Adriano Avelar Matos
  • Modelagem Matemática de Evaporadores de Serpentina com Tubos Aletados em Regime Permanente

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • LUIZ MACHADO
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 02/12/2016
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  • Neste trabalho, apresenta-se um modelo numérico capaz de simular o escoamento de fluidos refrigerantes no interior dos tubos e do escoamento do ar, externamente aos tubos, em evaporadores de serpentina com tubos aletados em arranjo alternado, comuns em sistemas de refrigeração e ar condicionado. O modelo permite o cálculo, em regime permanente, da vazão mássica do fluido refrigerante, das distribuições locais de temperatura do refrigerante, temperatura da parede do tubo e temperatura do ar, da velocidade do refrigerante, umidade do ar e de diferentes parâmetros de desempenho, conhecidos os parâmetros geométricos do evaporador e as demais condições de operação. A metodologia de solução utilizada foi a incremental tubo a tubo. O modelo permite, a priori, a simulação em apenas um circuito, considerado simples e sem ramificações. Os resultados obtidos pelas simulações realizadas no modelo proposto foram avaliados e comparados com aqueles obtidos pelo software EVAP-COND para um tipo de evaporador específico operando com condições predefinidas. O procedimento numérico usado na solução do sistema de equações governantes mostrou-se eficiente e confiável para inúmeros casos, embora tenha apresentado problemas de convergência em alguns deles.


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  • This work presents a numerical model capable of simulating a refrigerant flow inside the tubes and airflow outside the tubes in a finned tube evaporator coil with staggered arrangement, common in HVAC systems. The model allows the calculation in steady state of the refrigerant mass flow, refrigerant local temperature distribution, tube wall and air local temperatures distribution, the refrigerant velocity, relative humidity distribution and many performances parameters given geometrical parameters of the coil and others initial operating conditions. The method of solution used was the incremental tube by tube. At first, the model allows the simulation in one circuit, considered simple and without ramifications. The results obtained by simulations on the proposed model were evaluated and compared with those obtained by the EVAP-COND Software for a specific type of evaporator operating with predefined conditions. The numerical procedure used in the solution of the governing equations system was efficient and reliable for many cases, although it had convergence issues in some of them.

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  • OTHON LUCAS PROCOPIO
  • Modelo Analítico para Avaliação do Desempenho Térmico e Elétrico de Módulos Fotovoltaicos Acoplados a Coletores Solares de Placa Plana Tipo Tubo-aleta e Serpentina

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • Data: 09/12/2016
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  • A energia solar tem se expandido de forma significativa em todo o mundo. Suas aplicações principais são a geração de calor e de eletricidade para diversas finalidades, em setores residenciais, comerciais e industriais. O crescente aumento do consumo de energia em todo mundo, frente à inevitável redução dos recursos naturais não renováveis, tem criado demanda por soluções tecnológicas versáteis, que permitam a cogeração, como é o caso do PVT foco desse trabalho, que se iniciou com o projeto de P&D GT 498 da CEMIG, denominado Desenvolvimento de Solução PVT para Aumento de Eficiência de Usinas Solares. Esse trabalho forneceu os subsídios teóricos para a construção de protótipos de PVT, ao avaliar o desempenho térmico e elétrico do acoplamento de módulos fotovoltaicos a coletores solares planos do tipo tubo-aleta e serpentina, fundamentados nos modelos numéricos de coletores solares planos do tipo tubo-aleta e serpentina descritos por Duffie e Beckaman (2006). Os modelos foram implementados no software Engineering Equation Solver-EES, software disponibilizado pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais CEFET-MG. Foram realizadas análises com a variação da temperatura da água de 25°C a 70°C na entrada dos dispositivos, irradiação de 800 W/m² e velocidade do vento de 1 m/s. O coletor solar de tubo-aleta atingiu eficiências médias de primeira e segunda lei da termodinâmica de 54,7% e 4% respectivamente e o coletor plano tipo serpentina  de 58,1% e 4,3% respectivamente. O PVT de tubo-aleta com duas coberturas atingiu eficiência total (elétrica+ térmica) médias de primeira e segunda lei de 50% e 16,4% respectivamente e o PVT de tubo-aleta com uma cobertura de 40,2% e 15,6% respectivamente. O PVT de serpentina com duas coberturas obteve eficiências de primeira e segunda lei de 52,5% e 16,8% respectivamente e o PVT de serpentina com uma cobertura de 43% e 15,8% respectivamente. Foi possível verificar que, para as demais condições de contorno fixas, o aumento da irradiância causa o aumento da eficiência térmica de primeira lei e segunda lei, mas reduz eficiência elétrica. As eficiências elétricas e térmicas apenas podem ser aumentadas simultaneamente com a redução da temperatura do fluido na entrada dos PVT’s, o que indica que o uso dos mesmos está fortemente ligado à aplicação desejada, ou seja, produção de energia elétrica ou calor, sendo os PVT’s com uma cobertura os mais indicados para produção de eletricidade.


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  • Solar energy has significantly spread in the whole world. One of its main uses is to produce heat and electricity for residential areas, business and industries. The world´s increasing consumption of energy, together with the reduction of non-renewable natural resources, has led to a new demand of adaptable technological solutions that can allow cogeneration such as the PV/T. This research work focuses on PV/T and it was born from a project demand of P&D GT 498 by CEMIG. The project was named “Desenvolvimento de Solução PV/T  para Aumento de Eficiência de Usinas Solares” (Development of PV/T solutions to increase solar power plant’s efficiency). The theoretical knowledge of this research work provided the base to design such prototypes through the assessment of the thermal and electrical performance of the installment of photovoltaic modules on tube-sheet collectors and serpentine collectors. The research work seeks to elaborate numerical models for tube-sheet collectors and serpentine collectors described by Duffie and Beckman (2006). The models were implemented on the software Engineering Equation Solver-EES, provided by the Federal Center for Technological Education from Minas Gerais CEFET MG (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET MG). Analyzes were performed with water’s temperature raging of 25°C to 70°C, irradiation of 800 W/m² and wind speed of 1 m/s. The flat plate solar collector reached efficiencies of 54,7% and 4% by the firt and second law of thermodynamics respectively. The serpentine collectors reached efficiencies of 58,1% and 4,3 % by the first and second law of thermodynamics respectively. The Tube-sheet PVT with two covers offered global efficiencies (electrical + thermal) of 50% and 16,4% respectively. On the other rand the Tube-sheet PVT with one cover offered 40,2% and 15,6 % of global efficiencies by the firt and second law of thermodynamics respectively. The Serpentine PVT with two covers offered global efficiencies of 52,5% and 16,8% respectively. On the other rand the Serpentine PVT with one covers offered 43% and 15,8 % of global efficiencys by the firt and second law of thermodynamics respectively. It was possible to check that to the others constant boundary condition, the incrising of irradiance generates increasing on thermal efficiencies of first and second law, but reduces the electrical efficiencies. The electrical and thermal efficiency can be increased simultaneously with the water’s temperature reduction on PVTs input. Which indicates that the use of PVT is strongly linked with the application desired either production heat or electricity, with the PVT’s with one convers more efficients on electricity production.

2015
Dissertações
1
  • Emerson Paulino dos Reis
  • Análise do ciclo de vida do cobre no processo de Reciclagem de Veículos

  • Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • PEDRO AMÉRICO ALMEIDA MAGALHÃES JÚNIOR
  • Data: 28/04/2015
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  • Neste trabalho evidenciam-se as vantagens ambientais e energéticas na utilização do processo da reciclagem do cobre a partir da reciclagem de veículos. Sob a forma de levantamento bibliográfico pesquisou-se sobre produção e licenciamento de veículos no Brasil, o fluxo de processo do cobre e principalmente os dados de entrada e saída do inventário para realização da Avaliação do Ciclo de Vida do Cobre no processo de reciclagem de veículos. Neste trabalho estudaram-se dois cenários, um sem reciclagem de veículos e o outro com. O cenário com a reciclagem resultou em uma redução de 37,5% nos impactos de resíduos sólidos principalmente o estéril, 35% na redução nos impactos de consumos de recursos materiais e naturais incluindo o próprio cobre obtido a partir da mineração, 18,18% na redução nos impactos de consumo de recursos energéticos e 8,33% na redução nos impactos de emissões atmosférica além da disponibilidade de informações para futuros trabalhos. Esta dissertação desperta o interesse e fomenta discussões sobre o assunto no meio científico, uma vez que o estudo desse tema ainda é pouco discutido no Brasil e tendo em vista que o minério cobre está se tornando cada vez mais escasso na natureza.


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  • This study shows the energy and environmental advantages in the use of the process of recycling on the copper from the recycling of end of life vehicles. A bibliographic research was performed on the production and licensing of Vehicles in Brazil. The flow of the copper process and the main input and output data for the inventory were performed the Life Cycle Assessment of Copper in the vehicle recycling process. This thesis studied two scenarios, one without recycling of vehicles and the other with. The scenario with recycling resulted in a 37.5% reduction in solid waste impacts mainly sterile, 35% reduction in the consumption of materials and impacts natural resources including the own copper obtained from mining, 18.18% the reduction in consumption impacts of energy resources and 8.33% reduction in atmospheric emissions impacts and the availability of information for future work. This thesis raises the interest and fosters discussion on the subject in the scientific community, since the study of this subject is rarely discussed even in Brazil and in order that the copper ore is becoming increasingly scarce in nature.

2
  • José Ronaldo Silveira Júnior
  • Análise da Eficiência Global em Sistemas de Cogeração Utilizando OEE e Conceitos Termodinâmicos

  • Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • PEDRO AMÉRICO ALMEIDA MAGALHÃES JÚNIOR
  • Data: 25/05/2015
  • Mostrar Resumo
  • A acirrada concorrência global e a necessidade por sistemas de produção cada vez mais eficientes e sustentáveis exigem das empresas a otimização contínua dos seus processos produtivos. As melhorias dos equipamentos industriais, processos e métodos de análise estão ligados diretamente à busca da redução do desperdício energético. Nesse sentido, a cogeração é uma alternativa para a recuperação de energia disponível em processos industriais. Considerando a importância de um sistema de cogeração no contexto econômico, energético e ambiental de uma planta industrial, é proposto nesse trabalho uma metodologia de análise da eficiência energética que avalia o desempenho de uma unidade cogeradora. A análise considera o índice de eficiência global Overall Equipment Effectiveness (OEE) que avalia o desempenho de uma máquina sob a ótica da manutenção produtiva total, o fator de utilização de energia (FUE) que é baseado na primeira lei da termodinâmica e o fator de utilização de disponibilidade (FUD) que é baseado na segunda lei da termodinâmica. Foram utilizadas informações de uma unidade cogeradora de energia que opera em ciclo Rankine dentro de uma siderúrgica de grande porte localizada no estado de Minas Gerais. A unidade cogeradora do estudo produz vapor e eletricidade utilizando como combustíveis primários os gases residuais do processo de produção do aço, complementados com óleo combustível. Como principais resultados, o fator de utilização de energia (FUE) atingiu 32,7%; o fator de utilização de disponibilidade (FUD) atingiu 24,3% e o índice de Eficiência Global – OEE atingiu 73,0% no período analisado. Observou-se também que as características do indicador OEE se mostraram mais promissoras em relação aos demais para uso numa unidade cogeradora de energia. Os resultados mostram a importância do processo de manutenção nos ganhos de eficiência do sistema de cogeração e sua contribuição para a sustentabilidade do processo de produção.


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  • Fierce global competition and the need for more efficient and sustainable production systems require from the companies continuous optimization of theirs production processes. Improvements of industrial equipment, processes and analytical methods are directly linked to the pursuit of reducing energy waste. In this sense, cogeneration is an alternative to energy recovery available in industrial processes. Considering the importance of a cogeneration system in the environmental, economic and energy context of an industrial plant, is proposed in this work a methodology that analyzes the energy performance of cogeneration power plant. The analysis considers the overall equipment effectiveness (OEE) that measures the performance from the perspective of total productive maintenance, the energy utilization factor that is based on the first law of thermodynamics and the availability utilization factor that is based on the second law of thermodynamics. It was used information from a cogeneration power plant which operates in a Rankine cycle inside a large steel company located in the state of Minas Gerais. The power plant of this study can produce steam and electricity using as primary fuel the waste gases from the steel production process, supplemented with fuel oil. It was observed that the overall equipment effectiveness (OEE) reached 73.0%, the energy utilization factor was 32.7% and the availability utilization factor was 24.3% during the analyzed period. It was also observed that the OEE indicator was more promising than the other two for use in a cogeneration power plant. The results show the importance of the maintenance process to improve the cogeneration system efficiencies and its contribution to the sustainability of the production process.

3
  • Raquel Gouvêa Fernandes Quadra
  • ANÁLISE COMPARATIVA DAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS POLIMÉRICOS APLICADAS AO POLIPROPILENO PROVENIENTE DA RECICLAGEM DE VEÍCULOS

  • Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • PATRICIA SANTIAGO DE OLIVEIRA PATRICIO
  • Data: 12/11/2015
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  • A reciclagem de veículos é um processo que vem ganhando espaço em países com grandes frotas veiculares, como Estados Unidos, Japão e na Comunidade Europeia. O Brasil com uma frota superando quarenta milhões de veículos também precisa começar a introduzir este tipo de tratamento. Reaproveitar matérias primas no ciclo de produção tem se tornado uma opção imprescindível, principalmente nesta era em que os impactos ambientais inerentes à atividade humana se encontram em tamanha evidência. Por outro lado, a reciclagem veicular ainda impõe certos desafios que merecem atenção, principalmente a destinação dos resíduos plásticos. O benefício inicial de se utilizar materiais poliméricos na produção de carros como meio de reduzir seu peso e consequentemente o consumo de combustíveis está sendo superado pelo crescente dano ambiental provocado pela disposição inadequada dos plásticos, em especial em oceanos, rios e aterros clandestinos. Com a introdução da Diretiva Europeia 2000/53/CE que regula a reciclagem de veículos naquele continente e estabelece valores mínimos de reciclagem a serem praticados, a destinação dos plásticos se tornou peça chave para o cumprimento dos objetivos impostos por esta nova legislação. A tecnologia atual permite que a destinação dos resíduos poliméricos seja feito por três diferentes métodos: aterro sanitário, reciclagem mecânica e reciclagem energética. O que se discute no momento é se a reciclagem energética, um método mais simples e menos exigente em relação à reciclagem mecânica, não seria suficiente como método de tratamento desses materiais, tendo em vista as emissões atmosféricas geradas pelo processo. O presente trabalho se propõe a fazer uma análise comparativa dos principais impactos gerados por esses três métodos. A metodologia utilizada combina a análise do ciclo de vida (ACV) e a análise dos modos de falha e seus efeitos (FMEA) em um novo e inovador método de avalição de impactos ambientais e energéticos. Os resultados obtidos são claros e de simples interpretação, contribuindo para a escolha do tratamento mais adequado para o polipropileno residual produzido na reciclagem de veículos.


  • Mostrar Abstract
  • Vehicle recycling is a process that has been gaining space in countries with large vehicles fleets like the United States, Japan and the European Community. Brazil, with a fleet growing bigger than 40 million vehicles, also needs to start introducing this kind of treatment. Reusing raw material in the production cycle has been turning into an indispensable option, especially in this era where the environmental impacts inherent to the human activities find themselves in such evidence. On the other hand, vehicle recycling still imposes certain challenges that deserve attention, especially the plastic residue destination. The initial benefit of using polymeric materials in cars production as a method of reducing its weight and consequently its combustible consumption is being overcome by the rising environmental damage caused by the inappropriate disposition, especially in the ocean, rivers and clandestine landfills. With the introduction of the European Directive 2000/53/CE which regulates the vehicles recycling in that continent and establishes minimum recycling rates to be practiced, the plastics destination became a key play towards meeting the objectives imposed this new legislation. The current technology allows the polymeric residue to be disposed of by three methods: landfilling, mechanical recycling and energy recycling. The current debate is if the energy recycling, a simpler and less demanding option then the mechanical recycling, wouldn’t be enough as treatment method for these materials, having in sight the atmospheric emissions generated by the process. This paper proposes to perform a comparative analysis of the main impact generated by these three methods. The methodology used to accomplish so combines the Life Cycle Assessment (LCA) and the Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) in a new and innovative method for environmental impact assessment. The results obtained are clear and of simple interpretation contributing to the choice of the most adequate treatment for the residual polypropylene produced by the vehicle recycling.

2014
Dissertações
1
  • HÉLDER GIOSTRI ALVES DE ALMEIDA
  • Análise Comparativa de Veículos Elétricos e Veículos com Motor de Combustão Interna

  • Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • PEDRO AMÉRICO ALMEIDA MAGALHÃES JÚNIOR
  • Data: 21/02/2014
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  • Políticas ambientais e de energia de todos os continentes, motivadas pela dependência do petróleo e pela poluição do ar, incluem iniciativas para promoverem sistemas de transportes baseados em veículos movidos a combustíveis alternativos. Neste contexto e no cenário brasileiro, esta dissertação visa fazer uma análise comparativa dos atuais e usuais veículos com motor de combustão interna e os veículos elétricos. Dentre os inúmeros veículos movidos a combustíveis alternativos optou-se pelo veículo elétrico por esta opção tecnológica estar sendo produzida em larga escala no mercado mundial. Para tal comparação foi preciso criar uma metodologia, denominada Análise Estratégica do Ciclo de Vida, AECV, para que os resultados fossem baseados no mérito técnico, considerando todos os impactos, além de ser uma forma criteriosa à luz da economia e da sustentabilidade. Concluiuse de forma inquestionável que a AECV é uma metodologia capaz de analisar e comparar os impactos globais de novas tecnologias e que dentre os parâmetros analisados o veículo de combustão interna possui impactos ambientais mais relevantes se comparado ao veículo elétrico.


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  • Environmental policies and energy from every continent, motivated by the dependence on oil and the air pollution include initiatives to promote transport systems based on alternative fuel vehicles. In this context and in the Brazilian scenario, this thesis aims to make a comparative analysis of current and usual vehicles with internal combustion engine and electric vehicles. Among several alternative fuel vehicles opted for the electric vehicle by this technological option being produced on a large scale in the world market. For such a comparison was necessary to create a methodology, called Strategic Life Cycle Assessment, AECV, so that the results were based on technical merit, considering all impacts, besides being careful in light of the economy and sustainable manner. It was concluded that unquestionably AECV is a methodology capable of analyzing and comparing the global impacts of new technologies and that among the analyzed vehicle internal combustion own most relevant environmental impacts when compared to the electric vehicle.

2
  • SAMANTHA TEIXEIRA MARQUES
  • Avaliação Experimental de um Painel Fotovoltaico com Concentração de Energia Solar utilizando um Coletor do Tipo “V”

  • Orientador : JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • Data: 21/03/2014
  • Mostrar Resumo
  • Um projeto experimental de um painel fotovoltaico com concentração de energia solar utilizando um concentrador do tipo “V” foi montado nas dependências do campus II do CEFET MG. Este trabalho teve como principal objetivo determinar a eficiência dos sistemas “com” e “sem” concentração de radiação solar. Os testes foram realizados em dias de céu claro e sem nebulosidade durante o inverno no hemisfério Sul. Foram considerados dois tipos de sistemas: no primeiro, a inclinação do painel solar foi mantida fixa, no ângulo da latitude da cidade de Belo Horizonte, onde o teste foi realizado; no segundo sistema, a inclinação do painel foi ajustada considerando o ângulo de inclinação média do painel durante o inverno, sendo assim, realizado um ajuste sazonal. Uma terceira análise foi realizada simulando o verão no hemisfério sul, a fim de verificar o comportamento do sistema em uma estação oposta à que os testes foram realizados. Foram medidas e analisadas as seguintes grandezas:temperatura do painel solar, radiação incidente no plano e no absorvedor, velocidade do vento e a potência elétrica gerada pelo painel fotovoltaico. De posse dos resultados desta análise, determinou-se a eficiência e a energia elétrica gerada de cada configuração dos sistemas em questão. As análises dos resultados dos testes experimentais demonstraram que houve uma elevação da temperatura média de aproximadamente 10%, enquanto que para a energia elétrica gerada, o aumento foi de aproximadamente 61% comparando-se sistemas “sem” concentração e ajuste sazonal com o mesmo sistema “com” concentração de energia solar. O sistema fixo “com” concentração apresentou um aumento de aproximadamente 38% de energia elétrica diária gerada, 2% de eficiência e 7% de aumento de temperatura quando comparado com o mesmo sistema “sem” concentração. O sistema fixo “com” concentração simulando o verão no hemisfério sul apresentaram resultados semelhantes aos encontrados nos testes realizados no mesmo sistema durante o inverno. O ajuste sazonal da inclinação do painel fotovoltaico durante o inverno, fez com que a energia elétrica gerada pelo painel aumentasse em aproximadamente 37% quando comparado ao mesmo sistema com a inclinação fixa na latitude da cidade de Belo Horizonte.


  • Mostrar Abstract
  • An experimental prototype of a photovoltaic panel with type “V” concentrating solar power was assembled at CEFET II MG. This study aimed to determine the effectiveness of the systems "with" and "without" concentrating solar radiation. These tests were conducted on a clear day with no clouds during the winter in the south hemisphere. Two types of systems has considered: in the first one, the inclination of the solar panel was fixed, at the angle of the latitude of the Belo Horizonte city, where the test was made; in the second system, the inclination of the panel has been adjusted considering the average tilt angle of the panel during the winter, so was made a seasonally adjusted. A third analysis has performed simulating the summer in the south hemisphere in order to verify the behavior of the system in a reverse station. Has measured and analyzed the following quantities: the solar panel temperature, radiation incident on the plane and on the absorber, wind speed and electrical power generated by the photovoltaic panel. With the results of this analysis, we determined the efficiency and the electrical energy generated for each configuration of the systems in question. The analyzes of the results of experimental tests showed that there was a temperature rise of approximately 10 % , while for the electricity generated , the increase was approximately 61 % comparing systems "without" concentration and seasonally adjusted with the same system "with" concentrating solar power . The fixed system "with" concentration increased by approximately 38% of electricity generated daily, 2% and 7% efficiency increase in temperature when compared with the same system "without" concentration. The fixed system "with" simulating the summer in the southern hemisphere concentrations were similar to those found in tests performed on the same system during the winter. The seasonal adjustment of the inclination of the photovoltaic panel during the winter, made the electricity generated by the panel to increase by approximately 37 % compared to the same system with a fixed inclination at the latitude of the city of Belo Horizonte.

3
  • SÉRGIO LUIZ CARVALHO DA SILVA
  • Avaliação da Eficiência Energética e Exergética de um Secador Solar Industrial na Secagem de Minério

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 04/04/2014
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  • O presente estudo apresenta uma avaliação do comportamento termodinâmico de um protótipo de secador solar ativo misto. Para realizar a avaliação energética e exergética do escoamento de ar que atravessa o secador solar, foram realizados ensaios de secagem com amostras de concentrado de rocha fosfático. O protótipo foi construído com estrutura de madeira de baixo peso, alta resistência mecânica com chapas de aço galvanizado e cobertura vidro para passagem da radiação solar. O monitoramento dos parâmetros do ar de secagem foi realizado através de sensores e equipamentos instalados em pontos de entrada e saída do secador solar. Medições em torno do secador foram realizadas para avaliação das condições ambientais e climáticas no local onde o secador foi instalado. Para determinar a temperatura da placa absorvedora foi realizada uma modelagem com dados medidos no secador solar. Em conjunto com ensaios de secagem solar foram realizados ensaios para avaliação da umidade inicial e final das amostras de concentrado de rocha fosfático, com a utilização de estufa elétrica. Com dados levantados foram desenvolvidos gráficos dos principais parâmetros de forma a avaliar o desempenho do escoamento de ar, medidos na entrada, no interior e na saída do secador solar. Para realizar os ensaios foram utilizados dois lotes de amostras com concentrado de rocha fosfática. Em um primeiro momento foi possível encontrar a eficiência térmica do secador solar. O resultado da eficiência térmica instantânea do secador variou de 9,7% a 31,3%. A eficiência térmica de secagem variou de 2,2% a 3,1% entre os três dias de ensaio. A irreversibilidade apresentou um comportamento proporcional a radiação solar e eficiência exergética apresentou valores que variou de 9,7% a 34,7%. Assim os comportamentos da eficiência energética e da eficiência exergética, demonstraram um comportamento similar.


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  • This study presents an evaluation of the thermodynamic behavior of a prototype mixed active solar dryer. To perform the evaluation of energy and exergy flow of air through the solar dryer, the drying tests with samples of the phosphate rock concentrate were performed. The prototype was built with wood structure of low weight, high mechanical strength with galvanized steel and glass cover for passage of solar radiation. The monitoring of the parameters of the drying air was conducted through sensors and equipment installed at points of entry and exit from the solar dryer. Measurements around the dryer were performed to assess the environmental and climatic conditions where the dryer was installed. To determine the temperature of the absorber plate a model was tested using data measured in the solar dryer. In conjunction with testing of solar drying tests for evaluation of the initial and final samples of the phosphate rock concentrate humidity, using the electric oven were conducted. With data collected charts of the main parameters in order to evaluate the performance of the air flow, measured at the entrance, inside and on the output of solar dryer has been developed. To perform the tests with two lots of samples of phosphate rock concentrate were used. At first unable to find the thermal efficiency of the solar dryer. The result of the instantaneous thermal efficiency of the dryer ranged from 9.7% to 31.3%. The thermal efficiency of drying ranged from 2.2% to 3.1% between the three test days. The irreversibility presented a behavior proportional to solar radiation and Exergy efficiency had values ranging from 9.7% to 34.7%. Thus the behavior of energy efficiency and exergy efficiency showed a similar behavior.

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  • FERNANDO CESAR SOTERO SBAMPATO
  • Simulação de Parâmetros Operacionais em um Sistema CFV Utilizando Resfriamento Ativo

  • Orientador : FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • PATRICIA ROMEIRO DA SILVA JOTA
  • Data: 10/04/2014
  • Mostrar Resumo
  • Como em qualquer semicondutor, a eficiência elétrica de uma célula fotovoltaica (FV) diminui com o aumento da sua temperatura. Para melhorar o rendimento elétrico das células FV e aumentar sua vida útil, a temperatura de operação das mesmas deve ser controlada. Nesta dissertação, foi desenvolvido no software COMSOL, um modelo de sistema de concentração fotovoltaico (CFV) com resfriamento ativo, onde é analisado o comportamento da eficiência elétrica em função da variação da temperatura do painel fotovoltaico. O calor gerado na célula FV mono cristalina é removido do sistema CFV e transferido através de um canal que contém água e poderá ser utilizado em aplicações domésticas. O sistema de resfriamento é constituído por um canal de seção retangular de cobre, de paredes finas, que é montado na parte de trás dos painéis FV onde a água flui. As combinações de três velocidades de fluxo de água e de três espessuras do canal foram analisadas para determinar qual a combinação ótima destas variantes para melhor resfriamento e maior eficiência do sistema CFV com resfriamento ativo. A eficiência térmica do sistema CFV foi de 86 %, a partir da espessura do canal de resfriamento de 15 mm e velocidade da água de 0,01 m/s. Para esta condição, a temperatura média de saída da água no canal de resfriamento alcançou 35,27 °C, a temperatura média da superfície da célula foi de 82 °C e a eficiência elétrica de 9,0 %. Não poderá ser utilizada a velocidade da água no canal de resfriamento igual ou menor que 0,002m/s para qualquer espessura do canal de resfriamento, pois a temperatura média da superfície da célula FV é superior a 140 °C, ultrapassando a temperatura máxima operacional da célula FV, 85 °C, danificando permanentemente este semicondutor.


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  • As any semiconductor, the electrical efficiency of a PV cell decreases with increasing temperature. In order to improve the electrical performance of PV cells and increase its lifetime, the operational temperature of this device must be controlled. In this study, it was developed at COMSOL, a model of concentration photovoltaic system (CPV) with active cooling, in which it is analyzed the behavior of electrical efficiency as a function of temperature of photovoltaic cells. The heat generated in the PV cell is removed from the system and transferred through a channel that contains water and can be used in domestic applications. The cooling system comprises a channel of rectangular section made of copper, with thin wall, which is mounted at the rear of the PV panels where water flows. Several flow rates of water and different channel thickness were analyzed to determine the optimum combination of these variants in order to increase cooling and achieve CPV system with active cooling for better efficiency. The CPV system thermal efficiency was 86%, obtained with a channel 1.5 cm thick and water speed of 0.01 m/s. In this condition, the outlet water average temperature reached 35 oC, PV cell surface average temperature was 82 oC and electrical efficiency around 9.0 %. It will not be used water speed in the cooling channel equal to or lower than 0.002 m/s for any cooling channel thickness, because the PV cell surface average temperature is higher than 140 oC, exceeding the PV cell maximum acceptable temperature of 85 oC, what permanently damages the PV cell.

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  • RODRIGO LANA DE ALMEIDA
  • Análise Experimental do Impacto Energético Causado pelo Acúmulo de Poeira nos Condensadores a Ar das Geladeiras Residenciais.

  • Orientador : FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • MOACIR FELIZARDO DE FRANCA FILHO
  • Data: 11/04/2014
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  • Os refrigeradores de uso residencial, conhecidos popularmente como geladeiras e freezers, são responsáveis por cerca de 8% da energia elétrica consumida no Brasil. Portanto, qualquer medida que possibilite redução do consumo desses equipamentos é importante para criação de uma economia mais sustentável. Os fabricantes desses refrigeradores investem continuamente em pesquisas objetivando tornar seus equipamentos mais eficientes do ponto de vista energético e com custos mais competitivos. Neste contexto, existem vários estudos e investigações dirigidos para aumentar a eficiência energética dos sistemas de refrigeração domésticos, utilizando-se diferentes estratégias tecnológicas. Entretanto, ainda poucos estudos têm sido realizados para verificação do impacto do acúmulo da poeira nas serpentinas aletadas dos condensadores com circulação natural de ar ao longo da vida útil do equipamento o que pode acarretar perda de eficiência térmica, com consequente aumento do consumo de energia elétrica. A investigação realizada possibilitou determinar experimentalmente o consumo de energia elétrica de um refrigerador típico residencial com idade aproximada de vinte anos considerando acúmulo de poeira no condensador. Adicionalmente, o mesmo refrigerador foi submetido a testes para verificação do consumo de energia elétrica sem acúmulo de poeira no condensador. Para realização dos experimentos foi utilizada uma câmara com condições climáticas controláveis, cedida pela Universidade de Campinas, que possibilitou realizar os testes em condições ideais, mantendo a temperatura do ambiente externo ao refrigerador em torno de 32 °C, sem variações maiores que 1 oC. A metodologia de teste se baseou em normas nacionais, sendo que a câmara e o refrigerador foram instrumentados para medição das temperaturas em diferentes pontos. O ar ambiente da câmara foi controlado utilizando-se um controlador de temperatura do tipo PID e o sistema de aquecimento do ar consistiu de um banco de resistências elétricas, enquanto que o sistema de resfriamento consistiu de condicionador de ar adaptado. As potências elétricas do motor do compressor foram medidas instantaneamente utilizando um transdutor de potência ativo. Todos os sinais analógicos medidos foram enviados para um sistema de aquisição de dados para posterior tratamento e análise. O refrigerador com acúmulo de poeira apresentou um aumento do consumo de energia elétrica cerca de 10% maior do que aquele medido considerando o mesmo equipamento sem acúmulo de poeira, sendo todo o estudo em condições controladas em laboratório.


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  • Residential refrigerators, popularly known as fridges and freezers, are responsible for about 8% of the electricity consumed in Brazil. Therefore, any measure that allows reducing the consumption of these devices is important for creating a more sustainable economy. The manufacturers of these refrigerators continuously invest in research aiming to make their equipment more efficient from an energy point of view and more competitive. In this context, there are numerous studies and activities designed to increase the energy efficiency of household refrigeration systems, using different investigations strategies. However, very few studies have been conducted to verify the impact of dust accumulation on coil condensers with natural air circulation over it lifecycle which may cause loss of thermal efficiency, with consequent increase in electricity consumption. This research allowed determining experimentally the energy consumption of a typical residential refrigerator with approximate twenty years old, considering accumulation of dust on the condenser. Additionally, the same refrigerator was subjected to tests checking the power consumption without accumulation of dust. To realize the experiment was obtained a chamber with controllable weather, courtesy of Campinas University, which enabled perform the tests under ideal conditions, keeping the environment temperature external to the fridge around 32 ° C , with a limit range of less than 1 °C. The test methodology was based on national standards, and the chamber and the refrigerator were instrumented for temperature measurements at different points. The chamber temperature was controlled using a temperature controller, PID type, and an air heating system consisted of electrical resistances, whereas the cooling system consisted of a air conditioner adapted. The electrical power of compressor was monitored using an active power transducer. All analog signals measured were sent to an acquisition data system for further processing and analysis. The fridge with accumulation of dust showed an increase in energy consumption of about 10% compared to the same equipment without dust, all done in controlled conditions in laboratory.

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  • Wanderson Savoi
  • Simulação Computacional de uma Usina Térmica Solar Constituída de Coletores Cilíndricos Parabólicos

  • Orientador : JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTÔNIO MARCOS DE OLIVEIRA SIQUEIRA
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • Data: 27/06/2014
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  • O presente estudo tem o objetivo principal em realizar simulações computacionais de uma usina solar constituída por coletores concentradores do tipo cilindro parabólico com foco linear, instalada no campus II do CEFET/MG. Para isso, foi utilizado o “software” TRNSYS para realizar as simulações dinâmicas dos blocos denominados “TYPE” do ciclo solar com os parâmetros e entradas do coletor concentrador construído na usina solar acoplado a um ciclo de potência para a geração de eletricidade. As simulações foram realizadas considerando um campo com área de 645 m² dez vezes a maior que a instalação do CEFET/MG. Assim, são apresentados os resultados de uma análise a fim de avaliar a influência e o desempenho da planta solar em diferentes latitudes do Brasil com climas distintos, como os municípios de Belo Horizonte, Porto Alegre, Brasília e Jaboatão dos Guararapes. O comportamento da instalação na cidade de Brasília mostrou-se mais atraente para a construção de
    uma usina solar térmica para esse tipo de coletor.


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  • This study aims at performing computer simulations of a solar plant consisted of cylindrical parabolic concentrator collectors with line focus type, installed at CEFET II MG campus. For this, the "software" TRNSYS was used to perform dynamic simulations of blocks called "TYPE" with the solar cycle parameters and inputs concentrator collector built in solar plant attached to a power cycle to generate electricity. Thus, results of a parametric analysis are presented in order to assess the influence and performance of solar plant at different latitudes in Brazil with different climates, such as municipalities of Porto Alegre, Brasília and Jaboatão Guararapes.

7
  • MÁRCIO ARAÚJO PESSÔA
  • Metodologia Teórica Experimental utilizando Teste Quase Dinâmico para Avaliação de Coletores Concentradores do Tipo Cilindro Parabólico

  • Orientador : JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AMIR ZACARIAS MESQUITA
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • Data: 18/07/2014
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  • Este trabalho avalia a aplicabilidade de uma nova metodologia de teste para caracterização de coletores solar concentradores do tipo cilindro parabólico por meio da realização de investigação experimental na instalação solar do CEFET-MG/CEMIG denominada Usina Solar, que está localizada nas dependências do Campus II do CEFET-MG. O método possibilita determinar o fluxo de calor útil, as eficiências térmica e ótica dos coletores, além de outros parâmetros importantes, tais como, o Modificador do Ângulo de Incidência (MAI) e a capacidade térmica efetiva dos coletores. O método utilizado é o Método Quase Dinâmico (regime quase transiente). Neste trabalho foram realizados cinco testes experimentais sob diferentes condições de radiação solar, temperatura e vazão mássica do fluido de trabalho na entrada do coletor, com diferentes ângulos de incidência da radiação solar direta. Os parâmetros do coletor foram obtidos após uma avaliação estatística detalhada dos dados coletados por meio de um modelo estatístico recomendado pela Norma Européia, denominado Regressão Linear Multivariável – RLM. O desmembramento do termo referente ao Modificador do Ângulo de Incidência da radiação direta permitiu a obtenção dos termos de eficiência ótica e da constante "𝑏0" para os coletores. Também são apresentados os coeficientes de primeira ordem referentes às perdas térmicas dos coletores e a capacitância térmica especifica efetiva dos mesmos. Os testes realizados apresentaram uma eficiência térmica no ponto de perdas térmicas "zero" (valor próximo do rendimento ótico) igual a 42,7% e eficiências térmicas com diferentes perdas térmicas comparáveis aos valores obtidos por Borges (2012) durante testes realizados nos mesmos coletores utilizando o Método Quase Estático. Adicionalmente, o método permitiu a determinação do valor da capacidade térmica específica efetiva dos coletores testados, sendo este igual a 6057 J.m-2.K-1. Finalmente, o Método Quase Dinâmico mostrou satisfatório e potencialmente forte para avaliar, de uma forma simples e eficaz, coletores concentradores do tipo cilíndrico parabólico de plantas solares.


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  • This work evaluates the applicability of a new methodology of test for characterization of concentrating cylindrical parabolic solar collectors through the conduction of experimental investigation in the solar installation of CEFET-MG/CEMIG named Solar Plant, which is located at the dependences of the Campus II of CEFET-MG. The method allows the determination of the useful collector heat flux, the thermal and optical collector efficiencies, beyond other important parameters, such as, the Incident Angle Modifier (IAM) and the effective collector thermal capacitance. The Quasi Dynamic Method consist basically of a non linear function that correlates the collector useful heat flux with different independent variables representative of the different energy gains or losses of the collector. In this work were performed five experimental tests under different conditions of solar radiation, temperature and mass flow rate of the working fluid entering the collector, with different incident angles for the solar beam radiation. The collector parameters were obtained after a detailed statistical evaluation of the collected data through a statistic model recommended by the European Standard, named ―Multivariable Linear Regression MRL. The terms referent to the IAM of the beam and diffuse radiation were treated separately, which allowed obtaining the value of constant "𝑏0" of the IAM for the collectors. Further, it was possible to determine the coefficients of first order referent to the thermal collector losses, as well as, the specific thermal effective collector capacitance. The tests performed showed a maximum thermal collector efficiency, corresponding the thermal losses "zero" (close to the optical efficiency) equal to 42,7 % and other thermal efficiencies for different thermal losses comparable to the values obtained by Borges (2012) during tests performed using the Quasi Static Method. Additionally, the method allowed the determination of the specific thermal effective collector capacitance that was equal to 6057 J.m-2.K-1. Finally the Quasi Dynamic Method showed to be satisfactory and potentially strong to evaluate, in a simple and efficient way, concentrating solar collectors of the type cylinder parabolic used in concentrating solar plants.

8
  • JOYCE MATTEDI GOBBI
  • Estudo da Influência da Vazão e da Temperatura do Ar na Secagem de Bananas em Secador Elétrico de Cabine

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • ANDRÉA LÚCIA TEIXEIRA CHARBEL
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • Data: 05/09/2014
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  • A secagem é uma técnica que vem sendo usada há muito tempo para a conservação de alimentos. A secagem de bananas aparece como uma alternativa interessante para diminuir as perdas de produção e criar um novo produto com maior vida de prateleira e maior valor agregado. Neste processo ocorre, simultaneamente, transferência de massa e de calor. A secagem pode ser classificada como solar, artificial ou híbrida. O método aplicado dependerá da fonte de aquecimento do fluido de trabalho. Para este trabalho foi escolhido o secador elétrico tipo cabine para avaliação da influência da vazão e da temperatura do ar na secagem de bananas. O objetivo deste trabalho é analisar experimentalmente a operação do secador elétrico para secagem de bananas inteiras, com o intuito de avaliar a eficiência térmica e de secagem do secador, bem como a avaliação da economia de energia e homogeneidade de secagem. Foram realizados ensaios de secagem variando a temperatura em 60 e 70°C e a vazão do escoamento em 2,9; 4,3 e 7,0 m/s do ar de secagem. Como melhor resultado apresenta-se o ensaio com a temperatura mínima e velocidade média de 4,3 m/s, com um menor gasto de energia e uma eficiência térmica média melhor em um menor tempo de secagem, quando comparada aos outros resultados.


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  • Drying process is a technique that has been used for a long time for food preservation and the drying of bananas is an alternative way to reduce production losses and create a new product with longer shelf life and greater value. In this process occurs simultaneous mass transfer and heat. The drying process can be classified as solar, artificial or hybrid. The method applied will depend on the heating source of the working fluid. For this work we have chosen the electric dryer type cabin to evaluate the influence of air flow and air temperature applied in the drying of bananas. The objective of this work is experimentally analyze the operation of electric dryer for drying bananas whole, in order to assess the thermal efficiency of the dryer and drying, as well as evaluating the energy saving and drying uniformity. Drying experiments varying the temperature at 60 and 70°C and flow rate of the drying air flow 2,9; 4,3 and 7,0 m/s were carried out. The best result shows the test with minimum temperature and medium air flow 4,3 m/s, with a lower energy expense and a better thermal efficiency in a short drying time when compare other results.

9
  • ROMULO SANZIO RODRIGUES XAVIER
  • Análise Comparativa da Secagem do Bagaço de Cana Utilizando Secador Elétrico e Secador Solar

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • Data: 12/09/2014
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  • No Brasil, o setor sucroalcooleiro vem se destacando nos últimos anos pelo seu grande potencial de cogeração de energia. O bagaço da cana-de-açúcar, principal subproduto das usinas sucrooalcoleiras é utilizado como combustível nas caldeiras para a produção do vapor que aciona o conjunto turbina gerador e produz energia elétrica. Após a moagem da cana-de-açúcar, o bagaço ainda apresenta umidade de aproximadamente 50% em base úmida (b.u.). Este bagaço com alto teor de umidade possui baixa eficiência de combustão e exige um maior consumo para a produção de vapor. Assim, para um melhor aproveitamento do bagaço como combustível este deve passar por um processo de desidratação ou secagem. Para a realização da secagem do bagaço, tinha-se a disposição um secador elétrico e um secador solar. Com o propósito de comparar a eficiência energética destes equipamentos no processo de secagem do bagaço, foram realizados sete ensaios experimentais de secagem, sendo quatro no secador elétrico e três no secador solar. Nesse contexto, os ensaios para determinação do conteúdo de umidade inicial do bagaço apresentaram um conteúdo de umidade média de aproximadamente 60,58%. Considerando a secagem do bagaço no secador elétrico, o ajuste da temperatura em 70°C e a velocidade em 7,1 m/s resultou em uma maior remoção de umidade do bagaço. Contudo, levando em conta a eficiência energética do secador elétrico, o ajuste da temperatura em 60°C e a velocidade em 4,3 m/s mostrou-se mais eficiente. Para o secador solar, verificou-se que a melhor condição de operação tanto para remoção de umidade quanto em termos de eficiência energética, ocorreu para o ensaio realizado com os maiores valores de radiação solar incidente. A partir dos resultados encontrados nos sete ensaios, identificou-se que a temperatura foi o parâmetro de maior influência na secagem convectiva do bagaço e que a velocidade de escoamento do ar secante teve grande impacto sobre o consumo de energia elétrica dos secadores. Para a avaliação energética dos secadores foram calculados os indicadores de desempenho do secador elétrico e do secador solar, respectivamente: eficiência de secagem 16,4% e 1,22%, eficiência térmica 60,8% e 15,1% e consumo específico de energia 14,4 MJ/kg e 200,9 MJ/kg. Por fim, concluiu-se que o secador elétrico foi o equipamento que apresentou o melhor rendimento energético no processo de secagem do bagaço de cana-de-açúcar.


  • Mostrar Abstract
  • In Brazil, the sugarcane sector has drawn much attention in the last years due to its great potential of energy cogeneration. The bagasse from sugar cane is used as fuel in boilers to produce steam that drives generator turbine and produces electricity. However, bagasse still has approximately 50% moisture on a wet basis (wb). This bagasse with high moisture content has low combustion efficiency and requires a higher consumption for steam production. Thus, the bagasse must undergo a process of dehydration. The used dryers were: an electric dryer and a solar dryer. In order to compare the energy efficiency of dryers in the bagasse drying, were performed seven experimental drying tests, four in the electric dryer and three in the solar dryer. The test for determining the initial moisture content of bagasse showed moisture content of approximately 60,58%. In the case electric dryer, the temperature setting at 70°C and a speed of 7,1m/s resulted in increased removal of moisture bagasse. In the case of energy efficiency of electric dryer, the temperature setting at 60°C and a speed of 4,3m/s showed more efficient. With the solar dryer, the best condition moisture removal and energy efficiency occurred in the test with the highest values of incident solar radiation. From the results in the seven experimental tests, it was found that the temperature had most influential parameter in convective drying of bagasse and the flow velocity of the drying air had was the great impact on the power consumption of the dryers. In the energy evaluation of the dryers were calculated the energy consumption indicators of the electric dryer and of the solar dryer, respectively: drying efficiency 16,4% and 1,22%, thermal efficiency 60,8% and 15,1% and specific consumption of energy 14,4 MJ/kg and 200,9 MJ/kg. The results showed that the electric dryer was the equipment bigger energy efficiency in the drying of bagasse cane sugar.

10
  • Danielle Costa Bourg
  • Desenvolvimento de Trocador de Calor Adaptado para Turbina a Gás de Queima Externa em Processo de Cogeração com Gás Residual da Queima de Biomassa

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • MOACIR FELIZARDO DE FRANCA FILHO
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 15/09/2014
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  • O uso da biomassa para geração de energia elétrica e térmica (cogeração) é tema de várias pesquisas acadêmicas e de mercado, tanto em busca de solução para a biomassa residual de processo quanto para propor fonte alternativa para a matriz energética. Uma das tecnologias disponíveis é a turbina a gás de queima externa (EFGT), em que o produto da combustão da biomassa não entra em contato com a turbina, e usa um trocador de calor de alta temperatura para transferir essa energia térmica ao ar comprimido. Os sistemas EFGT existentes em escala piloto e comercial são de mini geração, não atingindo a potência de 1 MW. Um dos principais fatores limitantes é o trocador de calor, responsável por entregar à turbina o ar comprimido e superaquecido nos seus valores máximos possíveis, o que depende das características geométricas e térmicas do trocador de calor. O objetivo deste trabalho é propor um trocador de calor de um sistema EFGT que gere a maior quantidade de energia elétrica possível a partir dos gases de biomassa residual de uma planta de produção de carvão vegetal. Optou-se pela geometria de placas paralelas com superfície corrugada para recuperador de turbina a gás regenerativa. A metodologia escolhida foi elaborar um conjunto de equações no software EES para a definição das dimensões da matriz do trocador de calor. As equações do sistema EFGT foram validadas pela comparação com dados reais da planta piloto EFGT, do convênio GT358 da CEMIG/ANEEL, implantada pela Arcelor Mittal. O resultado foi um trocador de calor com 84,4% de efetividade, capaz de operar um sistema EFGT de 1,6 MW elétrico de 16,54% de eficiência, através da adaptação da turbina a gás Saturn20 da Caterpillar. A definição das dimensões da matriz é apenas o primeiro passo para o desenvolvimento da tecnologia em maior escala, abrindo diversas frentes de estudo até a viabilização do produto em escala comercial.


  • Mostrar Abstract
  • The use of biomass to generate electricity and heat (CHP) is the subject of several academic and market research, searching for a solution to the residual biomass and proposing an alternative source for the energy matrix. One of the technologies available is the external fired gas turbine (EFGT), in which the product of biomass combustion is not in contact with the turbine, and uses a high temperature heat exchanger to transfer this heat to the air. Existing EFGT systems in pilot and commercial scale are mini-generation, not reaching 1MW. A major limiting factor is the heat exchanger, responsible for delivering to the turbine compressed and superheated air in their maximum possible values, which depends on the geometrical and thermal characteristics of the heat exchanger. The objective of this work is to propose a heat exchanger of an EFGT system that generates the largest possible amount of electricity from residual biomass gases of a charcoal plant. The geometry chosen was a parallel plate with corrugated surface for heat exchange of regenerative gas turbine. The methodology was develop a set of equations in the EES software to define the dimensions of the heat exchanger matrix. The equations of EFGT system were validated by comparison with actual data from pilot EFGT plant, from the agreement GT358 CEMIG / ANEEL, implemented by Arcelor Mittal. The result was a heat exchanger with 84.4% effectivity, able to operate an EFGT system of 1,6 MW, with electrical efficiency of 16.54%, by adapting the gas turbine Saturn20 of Caterpillar. The definition of matrix dimensions is just the first step in the development of the technology on a larger scale, opening several themes of study to reach the product feasibility on a commercial scale.

11
  • PAULO ROCHA VIANA
  • Avaliação Experimental de um Protótipo de Coletor Solar Híbrido para Geração Simultânea de Água Quente e Eletricidade

  • Orientador : JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • Data: 19/09/2014
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  • Um protótipo de coletor solar do tipo fotovoltaico / térmico (PVT) foi construído para gerar simultaneamente eletricidade e energia térmica para aquecimento de água para fins domésticos. O coletor térmico foi constituído de uma placa absorvedora de aço inoxidável formada por canais internos por onde circulava a água através de circulação natural. No lado superior da placa absorvedora foi instalado um circuito elétrico formado por células fotovoltaicas de silício poli cristalino. O sistema de aquecimento de água do coletor constou de um reservatório térmico que possibilitou o armazenamento de água quente com estratificação natural, simulando os coletores de uso residencial encontrados no mercado. Vários sensores de temperatura foram instalados no coletor e no reservatório térmico visando determinar as energias armazenadas nos mesmos. Um padrão de consumo diário de água quente foi implementado com retirada de água quente em horário selecionado. O sistema foi avaliado experimentalmente em quatro dias consecutivos visando avaliar o comportamento diário do coletor PVT através de balanços energéticos realizados no coletor solar e no reservatório térmico. As eficiências térmica, elétrica e global do coletor PVT foram determinadas visando levantar as vantagens da geração simultânea de eletricidade e calor comparada com sistemas convencionais de geração térmica e elétrica não simultânea, utilizando componentes separados.O protótipo foi primeiramente submetido a testes de caracterização para levantamento das curvas características “I versus V” nas condições com e sem resfriamento visando determinar os parâmetros do painel fotovoltaico. De acordo com os resultados dos ensaios, a eficiência térmica média do coletor foi de 59% e a eficiência elétrica média de 11%. Após a análise dos resultados dos ensaios foi realizado um estudo da viabilidade técnica e econômica do coletor.


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  • A prototype solar collector photovoltaic / thermal type (PVT) was constructed to simultaneously generate electricity and thermal energy for heating water for domestic purposes. The thermal collector is formed from a stainless steel plate absorber consists of internal channels through which water circulated through natural circulation. On the upper side of the absorber plate, an electric circuit formed by photovoltaic cells polycrystalline silicon has been installed. The system of water heating collector consisted of a thermal reservoir, which allowed the storage of hot water with natural stratification, simulating collectors residential use found in the market. Several temperature sensors were installed in the collector and the thermal reservoir to determine the energy stored in them. A pattern of daily hot water consumption was implemented with withdrawal of hot water in selected time. The system was evaluated experimentally on four consecutive days to evaluate the daily performance of the PVT collector through energy audits conducted in the solar collector and the heat reservoir. The thermal, electrical and overall efficiencies were determined PVT collector aiming to raise the advantages of simultaneous generation of electricity and heat systems compared to conventional thermal electricity generation and not simultaneously, using separate components. The prototype was first subjected to characterization tests to survey the characteristic curves “I versus V" conditions with and without cooling to determine the parameters of the PV panel. According to the test results, the average thermal efficiency of the collector was 59 % and the mean electrical efficiency of 11%. After the analysis of the test results was a study of the technical and economic feasibility of the collector.

12
  • Jader Silvério Santana
  • Modelagem matemática para trocadores de calor compactos do tipo evaporador serpentina tubo aletado

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MOACIR FELIZARDO DE FRANCA FILHO
  • Data: 16/12/2014
  • Mostrar Resumo
  • A necessidade de se realizar ensaios com baixo custo para determinação do desempenho de trocadores de calor é crescente. Neste contexto, o método ideal de investigação de desempenho térmico de serpentinas são os modelos matemáticos. Neste trabalho é aprimorado um modelo matemático, que calcula a capacidade de transferência de calor de um trocador de calor compacto tubo aletado. O aprimoramento realizado permite a simulação de trocadores de calor com aleta de superficie intensificadora corrugada e o calculo da perda de carga no lado do ar e do fluido refrigerante. As equações utilizadas no modelo são validadas a partir de ensaios empíricos disponíveis na literatura. O modelo também é comparado e validado a partir de outro já testado denominado de EVAP-COND 3.0 da National Institute of Standards and Technology dos Estados Unidos. Para um efeito comparativo, no modelo proposto e no EVAPCOND, foi adotado um trocador de calor com cinco circuitos e quatro fileiras de tubos. Neste trocador é analisado o seu desempenho térmico para aletas, corrugadas e lisas. Os resultados apresentaram boa concordância,validando o modelo.


  • Mostrar Abstract
  • The need to perform tests with low cost for determining the performance of heat exchangers is growing. In this context, the ideal methods of investigation of thermal performance of coils are the mathematical models. This work is enhanced mathematical model, which calculates the heat transfer capacity of a compact heat exchanger finned tube.The improvement is accomplished in using a simulation exchangers with fins herringbone wavy surfaces intensifier and calculate their load loss on the air side and the refrigerant. The equations used in the model are validated from empirical tests performed by relevant researchers. The model in question is modified compared and validated from another already tested and renowned in the market, it is the EVAP–COND 3.0 of National Institute of Standards and Technology of the United States. For comparison purposes, in the proposed model and EVAP-COND 3.0, was adopted a heat exchanger with five circuits and four rows of tubes. This exchanger is analyzed its thermal performance for fins, corrugated and smooth. The results show good accuracy, validating the model within an acceptable behavior.

2013
Dissertações
1
  • CARLA CHRISTIANE ARCANJO

  • Avaliação teórica do desempenho termo-hidraúlico do ar em trocadores de calor tipo serpentina

  • Orientador : EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EVANDRO FOCKINK DA SILVA
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • ÊNIO PEDONE BANDARRA FILHO
  • Data: 24/01/2013
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  • O presente trabalho tem como objetivo apresentar correlações da literatura envolvendo trocadores de calor resfriados a ar com uma análise do desempenho termo-hidraúlico do lado do ar. A pesquisa na literatura foi realizada pelo desempenho termo-hidraúlico conforme a superfície, feita por comparações para melhorar o projeto de trocadores de calor. As superfícies comparadas foram as lisas, ventiladas e corrugadas. As correlações foram provenientes de resultados teórico-experimentais que incorporaram os efeitos dos parâmetros geométricos no desempenho termo-hidraúlico das serpentinas, visando à determinação da transferência de calor e da perda de carga. Foram analisados alguns parâmetros geométricos para cada tipo de superfície, como o passo das aletas e o número de fileiras de tubos. Para cada superfície analisada, através das correlações, foi obtido um resultado, alguns sendo semelhantes aos pesquisados e outros não.


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  • This paper aims to present the literature correlations involving heat exchangers air cooled with an analysis of the thermo-hydraulic performance of the air side. A literature search was conducted by the thermo-hydraulic performance as the surface made by comparisons to improve the design of heat exchangers. The surfaces were smooth compared, ventilated and corrugated. Correlations were derived from theoretical and experimental results which have incorporated the effects of geometrical parameters on performance of the thermo-hydraulic coils in order to determine the heat transfer and pressure drop. Some geometrical parameters were analyzed for each type of surface such as the pitch of the fins and the number of rows of tubes. For each surface analyzed by means of the correlations, a result was obtained, some being similar to those surveyed and not others.

2
  • KELVIN PALHARES BASTOS SATHLER
  • Análise do Custo de Ciclo de Vida de Parques Eólicos

  • Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • JÁNES LANDRE JÚNIOR
  • Data: 18/02/2013
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  • Com o objetivo de reduzir a emissão de Gases de Efeito Estufa (GEE) e diminuir a dependência energética de fontes esgotáveis, diversos países vêm investindo em fontes alternativas de energia. Entre elas se destaca a energia eólica, que se desenvolveu de forma acelerada nos últimos anos. Porém, seu alto custo de implementação, dependência de incentivos, baixo rendimento e dificuldade no controle de falhas fizeram com que a viabilidade do uso da energia produzida através do vento seja questionada. Este trabalho visa avaliar a viabilidade dos parques eólicos através de metodologias já utilizadas em outros ramos da indústria, como o LCC (Life Cycle Cost – Custo do Ciclo de Vida), e o OEE (Overall Equipment Efficiency – Eficiência Global do Equipamento). Para uma melhor análise foram considerados diversos cenários variando custos, eficiência e comportamento operacional dos parques ao longo de sua vida útil. Os dados utilizados na caracterização de cada cenário foram levantados por meio de uma revisão bibliográfica. A metodologia proposta se mostrou uma importante ferramenta para analisar a viabilidade dos parques e determinar a sua vida útil econômica. Além disso, foi possível identificar duas novas variáveis para o controle do rendimento dos parques eólicos que permitem melhorar a análise de sua eficiência e nível de desempenho.


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  • In order to reduce the emission of greenhouse gases and minimize the energy dependence on exhaustible resources, several countries have been investing in alternative energy sources. Among them wind power stands out due its fast development in recent years. However, its high procurement cost, dependence on subsidies, low efficiency, and the difficulty of controlling failure rates have made wind power viability questionable. This work aims to assess the economic viability of wind farms using industrial tools such as LCC (Life Cycle Cost) and OEE (Overall Equipment Efficiency). For better analysis, different situations were considered varying cost, efficiency, and operational behavior of wind power during its life span. The data used to characterize each case comes from a literature review. The proposed methodology proved to be an important tool for economic analysis and to determine the economic life span of wind farms. It was also possible to identify two new variables for controlling wind farm performance, which improve its efficiency and development level analysis.

2012
Dissertações
1
  • GUSTAVO VINICIUS DA MATA FONSECA
  • Influência de parâmetros construtivos no consumo de energia em edifícios de escritório localizados no bairro de Santa Efigênia em Belo Horizonte–MG

  • Orientador : FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IRACI MIRANDA PEREIRA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 23/03/2012
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  • Neste trabalho são investigados e avaliados a influência de parâmetros construtivos no consumo de energia em edifícios de escritório localizados no bairro de Santa Efigênia em Belo Horizonte – MG, região da cidade onde se localiza um grande número de edifícios comerciais. Neste trabalho se chegou a um procedimento metodológico aplicado ao estudo, que obteve os objetivos estabelecidos, sendo que para tal utilizou-se de uma metodologia baseada no levantamento das características construtivas, do padrão de ocupação e uso de equipamentos que definiu uma tipologia predominante. Esta metodologia utilizada nas simulações computacionais forneceu condições de avaliar a influência das alterações dessas características construtivas no consumo de energia. As variações da tipologia predominante consistiram no percentual de janelas, instalação de filmes nos vidros das janelas, tipos de iluminação e sistema de AVAC. O aumento no percentual de janelas e a não instalação de filmes nos vidros não implicaram em um grande impacto no consumo da edificação, sendo responsáveis por acréscimos de 2,63 e 3,21% respectivamente no consumo da edificação. Entretanto a escolha do tipo de lâmpadas e aparelhos de ar condicionado implicaram num aumento de 18,5 e decréscimo de 18,4% respectivamente no consumo da edificação quando se utilizou lâmpadas incandescentes e aparelhos do tipo split. A análise de simple payback se mostrou satisfatória e rápida na troca de lâmpadas incandescentes por fluorescentes, já para os aparelhos de ar condicionado o tempo de retorno do investimento foi bem maior. Estas simulações possibilitaram identificar a influência de parâmetros construtivos no consumo de energia em edifícios de escritórios de modo a se verificar um melhor desempenho energético.


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  • This work investigated and evaluated the influence of construction parameters on energy consumption in office buildings located in the Santa Iphigenia in Belo Horizonte - MG, city area where is located a large number of commercial buildings. This work reached a methodological procedure applied to the study, which achieved the goals set, and for this we used a methodology based on the survey design characteristics, the pattern of occupation and use of equipment that defined a predominant type. This methodology has provided conditions in computer simulations to evaluate the influence of design characteristics of these changes in energy consumption. The changes consisted predominantly of the type in the percentage of windows, installation of movies in the window panes, types of lighting and HVAC system. The increase in the percentage of non-installation of windows and the glass films did not imply a large impact on consumption of the building and are responsible for increases of 2.63 and 3.21% respectively in the consumption of the building. However, the choice of lamps and air conditioning led to an increase of 18.5 and 18.4% respectively decreases in consumption of the building when using incandescent light bulbs and appliances like split. The simple payback analysis proved satisfactory and rapid exchange of the incandescent bulbs with fluorescent ones, as for air conditioning the time of return on investment was much higher. These simulations allowed us to identify the influence of construction parameters on energy consumption in office buildings in order to verify an improved energy performance.

2
  • LUCIANA PEREIRA FONSECA
  • Análise Experimental de um Secador Elétrico do Tipo Cabine para Banana

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • ANDRÉA LÚCIA TEIXEIRA CHARBEL
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • Data: 18/05/2012
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  • A secagem é uma técnica que vem sendo usada há muito tempo para a conservação de alimentos com o intuito de reduzir perdas pós-colheita, e esta consiste na transferência simultânea de massa e calor, sendo classificada como solar, artificial ou híbrida, dependendo da sua fonte de aquecimento. O problema atual em relação aos secadores disponíveis no mercado é devido ao seu alto custo de construção e operação, alto consumo energético e baixa homogeneidade de secagem. Visando melhorias em relação aos secadores de alimentos disponíveis foi feita uma análise experimental de um protótipo de secador elétrico do tipo cabine com convecção forçada de ar para secagem de banana prata avaliando-se a eficiência térmica e a secagem do dispositivo em função de temperaturas de operação. Como principais resultados, observou-se que a eficiência térmica do dispositivo variou entre 82% a 95% e que a eficiência de secagem, numa umidade de referência de 58,7%, variou entre 16,3% a 18,8%.  Avaliou-se também a viabilidade econômica da secagem numa umidade de referência concluindo que para maiores temperaturas o processo apresentou resultados mais favoráveis com menor custo de secagem. Quanto à homogeneidade de secagem entre as bandejas na câmara de secagem esta foi heterogênea, sendo que as bandejas posicionadas na parte superior da câmara perdeu mais umidade do que as posicionadas na parte inferior da câmara.  
     


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  • The drying is a technique that has been used for a long time for the conservation of food in order to reduce post-harvest losses, and this is the transfer simultaneous heat and mass is classified as solar, artificial or hybrid , depending on the heat source. The current problem regarding dryers available in the market due to its high cost of construction and operation, high energy consumption and low homogeneity of drying. For improvements in relation to food dryers was made available an experimental analysis of a prototype electric dryer type cabin with forced convection of air for drying banana evaluating the thermal efficiency and drying device as a function of operating temperatures. The main results, it was observed that the thermal efficiency of the device varied from 82% to 95% and the drying efficiency, a reference humidity of 58.7% and ranged from 16.3% to 18.8%.  Also evaluated the economic feasibility of drying in a humidity reference concluding that the process to higher temperatures showed more favorable results with lower cost of drying. Homogeneity between the trays for drying in the drying chamber it was heterogeneous, and the trays placed at the top of chamber lost more moisture than those positioned at the bottom of the chamber.

3
  • OMAR FERREIRA VILELA
  • Análise da Eficiência Operacional de Geradores Eólicos Utilizando a Técnica Manutenção Centrada na Confiabilidade

  • Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CLÁUDIO DE CASTRO PELLEGRINI
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • JÁNES LANDRE JÚNIOR
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 30/05/2012
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  • Em meio ao acelerado desenvolvimento civilizatório, onde a busca por novas fontes de energia torna-se imperativo, a fim de atender crescente demanda, muitos países estão buscando de forma estratégica a diversificação da sua matriz energética. Hoje é notório que a eletricidade é o principal suprimento energético indispensável e estratégico para o desenvolvimento social e econômico da sociedade contemporânea. No entanto, as fontes primárias, utilizadas para a geração de energia elétrica na maioria dos países são os hidrocarbonetos (petróleo e carvão), considerados como fontes de energia não renováveis, geradores de gases do efeito estufa (GEE), enfim, responsáveis pelo aquecimento global e pelas mudanças climáticas que o mundo assiste nos dias atuais. A geração de eletricidade através dos ventos representa uma das principais alternativas em substituição às fontes não renováveis, devido a seu baixo impacto ambiental, menor tempo de implantação e uma grande disponibilidade de áreas para a instalação de parques eólicos (UEE- Unidade Eólico-Elétrico). Porem, um dos aspectos críticos desta modalidade de geração de energia elétrica está na sua baixa eficiência de produção. Embora em condições favoráveis como regime anual de ventos e um trabalho persistente dos operadores para aumentar a disponibilidade dos aerogeradores instalados em parques eólicos, estes ainda apresentam, de uma maneira geral, um baixo desempenho na sua produção. O trabalho presente mostra um estudo realizado em um parque eólico em operação na região Nordeste do Brasil, onde foi medida a eficiência produtiva global, utilizando o parâmetro OEE (Overall Equipment Efficiency) desenvolvido na TPM (Total Productive Maintenance), estudos de risco, através da técnica FMEA (Failure Modes and Efects Analysis) que permite identificar os modos de falhas críticos encontrados neste sistema, responsáveis por boa parte da baixa eficiência produtiva e por estudos de confiabilidade, utilizando a metodologia RCM (Reability Centered Maintenance), cujo objetivo está no aumento da confiabilidade dos sistemas constituintes dos aerogeradores do parque eólico. Através do uso destas metodologias foi possível definir um plano mestre de manutenção capaz de aumentar a eficiência operacional do parque eólico.


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  • The search for new sources of energy becomes imperative in the midst of the accelerated civilization development. In this scenario it is possible to detect a lot of countries seeking the diversification of its energy matrix in order to achieve growing demand. It is evident that electricity is at present the main energy supply essential and strategic for economic and social development of the contemporary society. However, the primary sources used for electricity generation in most countries are hydrocarbons (oil and coal), considered as non-renewable energy sources, providers of greenhouse gases (GHGs), and responsible for global warming and climate changes that the world is witnessing nowadays. The generation of electricity through the wind is one of the main alternatives to replace non-renewable sources, due to its low environmental impact, reduced deployment time and high availability of areas for wind farms. However, a critical aspect of this kind of power generation is its low production efficiency. Although on favorable conditions such as annual winds basis and a persistent work from the operators in order to increase the availability of wind turbines installed in wind farms, these ones still shows, in general, a poor production performance. The present work demonstrates a study performed in a wind farm in northeastern Brazil, where global production efficiency was measured according to OEE (Overall Equipment Efficiency) parameter developed by TPM (Total Productive Maintenance), risk studies using FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) technique that allows to identify the critical failure modes present in system responsible for plenty of the low production efficiency and by reliability studies using RCM methodology (Reability Centered Maintenance), whose objective is increased reliability of the turbines constituent systems of the wind farm. Through the use of these methodologies it was possible to define a master plan for maintenance which is able to increase the operational efficiency of the wind farm.

4
  • MARCELO JUNQUEIRA SANTOS
  • Influência, no consumo de energia, da localização geográfica e de parâmetros construtivos em edificações padrão em uso pelo TJMG

  • Orientador : FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IRACI MIRANDA PEREIRA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 22/06/2012
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  • A energia elétrica representa, cada vez mais, um recurso precioso para a humanidade, seja pelo aumento considerável no consumo, devido à crescente quantidade de equipamentos elétricos na vida cotidiana, seja pela dificuldade cada vez maior de suprir essa demanda ou mesmo pelo custo crescente de geração. Baseado nesses fatos, uma alternativa que está cada vez mais em destaque é a preocupação da sociedade na busca pela eficiência, diminuindo a necessidade do acréscimo da demanda por energia, reduzindo os níveis ofertados desse recurso e, consequentemente, auxiliando na preservação ambiental. Essa iniciativa vai ao encontro dos anseios da sociedade e governo, que tem criado sucessivos documentos legais visando o aumento da eficiência energética predial. Considerando o exposto, a proposta do presente trabalho é o de utilizar a simulação computacional para avaliação da situação energética dos edifícios padrões que estão sendo construídos pelo TJMG (Tribunal de Justiça do Estado de Minas Gerais), para abrigar diferentes quantidades de varas (cada uma das divisões de jurisdição nas comarcas em que há mais de um juiz de Direito), de forma que se busque a melhor condição de projeto e implantação para os mesmos. A metodologia proposta consiste, inicialmente, na escolha de três edifícios já em funcionamento, em função da quantidade de varas instaladas. Em seguida, faz-se o levantamento das documentações técnicas disponíveis para essas edificações, considerando-se dados de projetos, manuais próprios e especificações técnicas. Para complementação desse levantamento, realiza-se o monitoramento de características construtivas e características de utilização nos próprios locais, incluindo medições reais e entrevistas com administradores. Os modelos desenvolvidos e devidamente calibrados foram utilizados como base para as simulações termo energéticas no programa DesignBuilder. Em seguida, alteram-se os parâmetros construtivos e de localização, a fim de avaliar a resposta no consumo de energia das edificações, isto é, a melhoria da eficiência energética das mesmas. As simulações dos diversos casos apresentados, com as variações dos parâmetros propostos, implicaram na redução de até 5,54% do consumo de energia elétrica da edificação, no melhor dos resultados. Essas simulações e a apresentação dos percentuais de redução de energia poderão auxiliar aos projetistas em decisões sobre as melhores definições de projetos de edificações para melhoria do nível de eficiência energética.


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  • Electric power represents more than ever a precious resource for humanity, both for the significant consumption derived from the growing number of electrical equipment in daily life, and for the difficult task of supplying this growing demand or even the increasing cost of power generation. Based on these facts, it has been highlighted the awareness of society for efficiency, reducing the increasing demand of energy and decreasing the levels of supply of this resource, thus promoting environmental preservation. This initiative has met the expectations of both society and government, generating a sequence of legal documents in order to increase energy efficiency in buildings. Thus, the purpose of the present paper is to use computer simulation to assess the energy condition of standard courthouse buildings of different sizes, built by TJMG (Tribunal de Justiça do Estado de Minas Gerais), to accommodate a number of judicial courts (divisions in the judicial districts where there is more than one judge), aiming the highest levels in their project design and location. The methodology proposed comprises, at first, the selection of three buildings already in operation, in accordance with the number of judicial courts located in each one of them. Subsequently, the scope of all technical documents available for each building is arranged, consisting of design data, specific manuals and technical specifications. Moreover, the characteristics of the construction process and building operation were monitored in each location, including current data and interviews with local administrators. Patterns were developed and calibrated in order to enable thermal energy simulations using the DesignBuilder software. Then, the building and location parameters were modified so as to evaluate the response to energy consumption in buildings, that is, their improvement in energy efficiency. Simulations of several cases presented, considering a variety of parameters, resulted in a reduction of up to 5.54% in electric energy consumption of buildings, for the best results. These simulations and the percentages of energy reduction presented may help engineers to design building projects with better levels of energy efficiency.

5
  • LEANDRO CRISTINO OLIVEIRA PEREIRA
  • Análise Experimental de um Trocador de Calor do Tipo Serpentina Aletada para Utilização em Sistemas Térmicos

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • LUBEN CABEZAS GÓMEZ
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 23/08/2012
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  • O presente trabalho consiste em estabelecer os parâmetros de transferência de calor e a perda de carga para trocadores de calor tipo tubo aletado também conhecido por serpentina, para aplicações em sistemas térmicos, tendo como finalidade a otimização de projetos e redução de consumo de energia. Para isso, um aparato experimental foi construído e utilizado para gerar dados experimentais para avaliar o desempenho termo-hidraúlico destes trocadores de calor. Os resultados de perda de carga para condições semelhantes mostra que os mesmos são coerentes e adequados. O tratamento de resultados foi efetivado pelos ensaios experimentais, tornando-o assim, uma metodologia para avaliar o desempenho termo-hidraúlico.


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  • This dissertation Consist in set up the parameters of heat transfer and pressure drop to compact heat exchangers of the coil type for thermo systems. With the purpose of optimize designs, for a reduction of energy wear. For this, Will be bulding a experimental apparatus with focus of produce experimental dates. This experimental apparatus is based in the Ashare 33 norm. The Calibration analysis will purpose, such as the error analysis. The gives will compared with the literature, to validate the test.

6
  • LINDOMAR MATIAS GONCALVES
  • Análise Experimental da Secagem de um Resíduo Sólido Industrial em um Secador Solar

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • Data: 12/09/2012
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  • O resíduo sólido oriundo do tratamento de efluentes gerados em decapagem química de arames de aço apresenta natureza inorgânica. Este resíduo, após o processo de remoção de umidade por filtro prensa, continua com alto teor de umidade, com cerca de 70% de sua massa constituída por líquido. A remoção total da umidade do resíduo pode proporcionar a redução de sua massa para aproximadamente 30% da massa inicial. Portanto, os custos de transporte e de depósito em aterro poderiam, teoricamente, ser reduzidos em até 70% dos custos praticados sem o processo de secagem. Dentre os métodos de remoção de umidade, a secagem se mostra particularmente interessante, além de ser o método mais antigo utilizado para este fim. A utilização da energia solar, através do uso de secadores solares para promover a secagem do resíduo estudado, constitui uma alternativa técnica e economicamente viável. Vantagens ambientais são apresentadas, devido a sua característica renovável e pela isenção de emissão de gases de efeito estufa. O presente trabalho teve o intuito de avaliar o processo de secagem de resíduo sólido industrial, utilizando um secador solar do tipo cabine. Foram verificadas as propriedades térmicas de funcionamento e a eficiência térmica do dispositivo para diferentes condições de operação. Analisou-se experimentalmente o funcionamento de um secador solar, com o objetivo de avaliar a eficiência térmica e de secagem. Foi realizado o cálculo da constante de tempo do dispositivo, com o intuito de descobrir o tempo necessário para o aquecimento de toda a sua estrutura, em caso de sombreamento. A constante de tempo foi de aproximadamente 11,5 minutos. A eficiência térmica instantânea do secador sem carga variou 9,7% a 37,1%. Nos ensaios de secagem, com duração de 08h00 às 16h00, a eficiência de secagem variou de 2,5% a 3,5%.


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  • The solid residue coming from the treatment of effluents generated in pickling steel wire has an inorganic nature. This residue, after the process of moisture removal by filter press,continues with high moisture content, about 70% of its mass consists of liquid. Total removal of moisture from the waste can provide a reduction of its mass to approximately 30% of the initial mass. Therefore, transport costs and landfill could theoretically be reduced by 70% of the charged without drying. Among the methods of moisture removal, drying shown particularly interesting, and is the oldest method used for this purpose. The use of solar energy through the use of solar dryers to promote drying of the residue study, an alternative is technically and economically feasible. Environmental benefits are presented, due to its characteristic exemption for renewable and emission of greenhouse gases. This study aimed to evaluate the drying of industrial solid waste, using a solar dryer type cabin. We studied the thermal properties and the thermal efficiency of operation of the device to different operating conditions. We analyzed experimentally the operation of a solar dryer, in order to maximize the thermal efficiency and improve the uniformity of drying. Was calculated from the time constant of the device, in order to find the time required for heating the whole structure, where shading. The time constant is approximately 11,5 minutes. The instantaneous thermal efficiency of the dryer without load varied 8,5% to 39,3%. In the drying experiments, with length 8h00 the 16h00, the drying efficiency, ranged from 2.5% to 3.5%).

7
  • ELIÉZER BASILIO BORGES
  • Avaliação Experimental dos Coletores Solares Cilindro Parabólicos da Instalação Solar do CEFET-MG

  • Orientador : JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTÔNIO PRALON FERREIRA LEITE
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • Data: 07/12/2012
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  • O trabalho consiste na determinação da constante de tempo e da eficiência térmica dos coletores concentradores cilindro parabólicos da instalação termo solar localizada no Campus II do CEFET-MG. A primeira fase do trabalho constou de um levantamento de normas internacionais, relatórios técnicos divulgados por laboratórios internacionais, artigos técnicos e dissertações de mestrado e doutorado que abordassem tópicos referentes aos testes de coletores concentradores cilindro parabólicos. Uma instalação solar existente foi adaptada com a inserção de novos equipamentos e instrumentos tornando possível a realização dos testes em condições controladas. A terceira fase constou da elaboração de métodos e procedimentos necessários à realização dos testes da constante de tempo e da eficiência térmica do coletor considerando diferentes temperaturas do fluido operante. Uma plataforma foi construída no ponto mais alto da área de teste onde foi instalado um sistema de rastreamento solar abrigando três radiômetros usados para medição instantânea das radiações solares global no plano horizontal, direta normal e difusa no plano horizontal. Outra pequena plataforma foi anexada à estrutura dos coletores permitindo a medição da radiação solar global no plano de abertura do coletor. Instrumentos para medição da vazão volumétrica e temperaturas do fluido operante através do coletor foram utilizados permitindo a determinação da energia útil. Todas as medições foram realizadas instantaneamente em período de tempo próximos ao meio dia solar, para obtenção de valores da radiação solar dentro dos limites estabelecidos pelas normas. Os testes da constante de tempo mostraram valores inferiores a um minuto o que demonstra que este tipo de coletor responde rapidamente às variações da radiação solar. Os testes de eficiência térmica mostraram valores inferiores àqueles de usinas solares comerciais, sendo que a causa principal pode ser atribuída à degradação do material das superfícies refletoras devido ao longo tempo de existência da instalação.


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  • This work consists on the determination of the constant of time and thermal efficiency of the concentrating collectors of the solar thermal installation located at CEFET-MG, Campus II. The first phase of the work consisted of a deep bibliographic review to raise international standards, technical reports divulgated by international laboratories, technical articles, master and doctoral dissertations thesis covering topics referent to the tests of concentrating collectors of the type cylinder parabolic, also named through concentrating collectors. The second phase consisted of the adaptation of the existing solar installation with the insertion of new equipment and instruments in order to be possible to perform the tests over controlled conditions. The third phase consisted of the elaboration of the methods and procedures necessaries to conduct the tests of constant of time and thermal efficiency of the collector considering different temperatures of the working fluid at the inlet of the collector. A platform was constructed at the highest point of the testing area where it was installed a tracking system compound by three radiometers used by instantaneous measurements of the global in the horizontal plane, direct normal and diffuse in the horizontal plane radiations. Another small platform was set at the structure of the collectors allowing the measurement of solar radiation in the aperture plane of the collectors. Instruments for measuring of the volume flow rate and temperatures of the working fluid at inlet though the collector were utilized to determination of the useful energy. All the measurements were performed instantaneously in periods of time close to the solar noon in order to obtain solar radiation levels inside the limits established by the standards. The tests of constant of time revealed values lower than one minute, which shows this type of collector respond promptly to changes of the solar radiation. The tests of thermal efficiency revealed values lower than those obtained by commercial solar plants, being that the main cause can be attributed to the degradation of the material of the reflector superficies of the collectors due to the long time of the installation.

2011
Dissertações
1
  • IGOR FABIANO SILVEIRA
  • Aplicação da Metodologia “Manutenção Produtiva Total” para Melhoria das Condições Operacionais de Caldeiras

  • Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • PAULO CÉSAR PINHEIRO
  • Data: 04/05/2011
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  • Hoje, cada vez mais, existe um palco incessantemente mutável do mundo empresarial e seus processos produtivos. Ao contrário do observado em tempos atrás, os processos contemporâneos se caracterizam pelo dinamismo que a demanda do mercado exige.
    É neste contexto que o OEE – Overall Effectiveness Equipment (ou Rendimento Global dos Equipamentos) surge como ferramenta para medir a eficácia dos processos produtivos. O OEE, que tem sua origem estreitamente ligada ao TPM – Total Productive Maintenance (Manutenção Produtiva Total), antes era visto como indicador para se conseguir o prêmio dado pelo JIPM – Japan Institute of Plant Maintenance. Porém, atualmente é visto por vários consultores como ferramenta padrão para a medição da eficácia de processos produtivos e a identificação dos potenciais de ganho. Já a metodologia TPM, através dos seus oito pilares, propõe ações de gerenciamento de manutenção em seus diversos setores integrados buscando a máxima eficiência do processo.
    Este trabalho visa à medição do OEE e da eficiência térmica em caldeiras flamotubulares, considerando o processo em si, e a proposição de ações vinculadas ao programa TPM, na busca por melhorias dos processos medidos. Para isto são propostas metodologias para a medição do OEE e da eficiência térmica. Da mesma forma, as ações apresentadas neste trabalho são direcionadas à aplicação do TPM em caldeiras flamotubulares.
    Os valores de OEE observados na indústria em geral são muito baixos se comparados aos níveis propostos pelo JIPM, de 85% de eficiência global como valores apropriados para instalações industriais classe mundial. Por este motivo o presente trabalho procura analisar a forma de melhorar os valores de OEE e eficiência térmica para caldeiras flamotubulares, equipamento de ampla utilização na indústria.


  • Mostrar Abstract
  • Today, increasingly, there is a constantly changing stage´s business world and production processes. Unlike what was seen some time ago, contemporary processes characterizes because the dynamism that the market demand requires.
    In this context OEE - Overall Effectiveness Equipment (or Overall Equipment Efficiency) represents a tool to measure the effectiveness of production processes. OEE, which has its origin closely related to TPM - Total Productive Maintenance, was once seen as an indicator for achieving the award given by JIPM - Japan Institute of Plant Maintenance. Currently, however, is seen by many consultants as a standard tool for measuring the effectiveness’ production processes and the identification of potential gain. Since the TPM methodology, through its eight pillars, propose management actions of maintenance in its various integrated sectors seeking the maximum efficiency´s process.
    This work aims a measurement of OEE and thermal efficiency in fire-tube boilers considering the process itself and the propositions of shares subject to TPM program looking for improvements’ measured process. To reach this goal methodologies are proposed for the OEE’s and the thermal efficiency measurement. Likewise, the actions reported here are directed to the implementation of TPM in fire-tube boilers.
    OEE values’ companies in general are very low compared to the levels proposed by the JIPM, 85% overall efficiency as appropriated values to world class industrial installations. Because that, this work intends to analyze the way to improve OEE’s values of fire-tube boilers, equipment of many utilizations in the industry.

2
  • CIBELE MALLY DE SOUZA
  • Avaliação do Potencial Energético do Processo de Incineração de Resíduos de Serviços de Saúde (RSS) utilizando a metodologia do Inventário do Ciclo de Vida (ICV)

  • Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • SIDNEY NICODEMOS DA SILVA
  • Data: 05/07/2011
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  • O desenvolvimento do setor de saúde no Brasil vincula-se diretamente à problemática da gestão de resíduos oriundos dos estabelecimentos de saúde e, apesar da polêmica sobre a real periculosidade desses e de seus impactos sobre o meio ambiente e a saúde humana, grande parte dos estudiosos entende como necessário, no gerenciamento dos resíduos de serviços de saúde (RSS), a segregação e o acondicionamento na fonte e no momento de sua geração. Nesse contexto, este trabalho propõe inventariar a técnica de incineração de RSS, por considerá-la a tecnologia que melhor atende às premissas de redução do passivo ambiental dos RSS com oportunidade de aproveitamento energético. Para a elaboração desse inventário foram levantados os dados da Empresa A, localizada na região metropolitana de Belo Horizonte, identificando, dessa forma, o potencial energético dos resíduos através da metodologia de avaliação do ciclo de vida, estabelecida em Norma Brasileira ISO 14040. A energia disponibilizada pelo sistema após a queima dos resíduos, para aproveitamento térmico, foi estimada procedendo os cálculos da Primeira Lei da Termodinâmica, cujos resultados apresentam um calor de reação estimado de 8,71 MWh/t de RSS incinerado. Considerando que cerca de 17% da energia térmica disponível é potencialmente convertida em energia elétrica e que, de um modo geral, as incineradoras de RSS processam pequenas cargas comparadas às incineradoras de resíduos sólidos urbanos, a geração de energia elétrica se apresentou como um procedimento com baixa viabilidade econômica. Dessa forma, outras alternativas de aproveitamento energético devem ser consideradas para a Empresa A, bem como para pequenas incineradoras de RSS, como a geração de vapor e o pré-aquecimento dos resíduos.


  • Mostrar Abstract
  • The development of the health sector in Brazil is directly link to the problem of waste management from the health facilities. Despite of the controversies over the real danger of these waste and their impacts on the environmental and human health, most scientists suggest the necessary management of hospital wastes (HW). Segregation of such waste should take place at the point of production and it can generate substantial savings. The context of this paper proposes the technique of incineration inventory of hospital waste and considers this technology that best meets the assumptions of reducing the environmental liabilities of the hospital waste with the opportunity to use energy. For the preparation of the inventory, data were collected from Company A located in the metropolitan region of Belo Horizonte, identifying thus the energy potential of waste through the methodology of Life Cycle Assessment, established in the Brazilian Standard ISO 14040. The electricity provided by the system after the burning of waste for thermal recovery was estimated considering the First Law of Thermodynamics, that the results show an estimated heat of reaction of 8.71 MWh/t of incinerated HW. Whereas about 17% of the thermal energy available is converted into electrical energy potential and, in general, the HW process incinerators small loads compared to municipal solid waste incinerators, the generation of electric power is presented as a procedure with low viability economy. Therefore, other alternatives of energy use should be considered for the Company, as well as for small incinerators HW, such as steam generation and preheating of the waste, which require lower costs and ensure better use of available heat during the process.

2010
Dissertações
1
  • SHIRLEY MOTA PEDREIRA
  • Avaliação da Produtividade e Eficiência Global Energética de um Sistema de Geração de Energia Eólica

  • Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • MARCO AURELIO DOS SANTOS BERNARDES
  • CLÁUDIO DE CASTRO PELLEGRINI
  • PAULO CÉSAR PINHEIRO
  • Data: 06/08/2010
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  • Este trabalho visa desenvolver um método para avaliar a eficiência produtiva de sistemas de geração de energia eólica, considerando aspectos tais como a incidência de ventos (prospecção probabilística) e também aspectos operacionais (manutenção, monitoramento e inspeção). Será utilizado o conceito de Eficiência Global de Equipamento ou OEE (Overall Equipment Efficiency), desenvolvido pela JIPM (Japan Union of Scientists and Engineers) e aplicado para medir as perdas de eficiência em sistemas produtivos devido a paradas, baixas velocidades de operação e perdas por qualidade.

    E foi utilizado em conjunto com o OEE, o FMEA cuja sigla em inglês representa Failure Modes and Effects Analysis ou Análise dos Efeitos e Modos de Falhas. Trata-se de uma ferramenta de análise de processos ou produtos tanto do ramo industrial quanto do administrativo, que permite analisar as falhas, inclusive o modo com afetam o sistema. E dessa forma dar prioridade àquelas de maior urgência.

    Um dos objetivos primários deste trabalho foi desenvolver uma metodologia para avaliar as perdas globais dos sistemas de geração eólicos e otimizar os processos de manutenção, visando maximizar a produtividade dos sistemas de geração de energia eólica.

    As significativas perdas operacionais observadas no sistema de geração eólico do parque do Morro do Camelinho alcançaram 60% e são provenientes de paradas imprevistas e perdas funcionais originadas em velocidades reduzidas de operação. As perdas imprevistas se originam na sua maioria em aspectos técnico-operacionais influenciados por manutenção inadequada. Quanto às falhas de caráter funcional surgem devido a aspectos de manutençãomal gerenciados e a perdas aerodinâmicas. Assim, os resultados obtidos nesse trabalho indicam que é necessário um desenvolvimento tecnológico e operacional se quisermos tornar competitiva a energia eólica.


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  • This work aims to develop a method to evaluate the productive efficiency of wind power generation systems considering aspects like the incidence of winds (probabilistic prospection) as well as operational aspects (maintenance, monitoring and inspection). The concept of Global Equipment Efficiency or OEE developed by the JIPM- Japan Union of Scientists and Engineers (União Japonesa de Cientistas e Engenheiros) will be used. This concept was developed to measure the efficiency losses in productive systems due to unexpected breakdowns, low operation rates and poor quality.

    It will be used in set with the OEE, the FMEA whose acronym in English represents Failure Modes and Effects Analysis or Análise of the Effect and Failure modes. This is a tool analysis of processes or products industrial and management, that allows to analyze the failures affecting systems. One of the primary objectives of this work is to develop a method to evaluate the global losses of wind power generation systems and to optimize maintenance processes in order to maximize the productivity of wind power plants.

    The significant observed operational losses in the generation of wind park Hill Camelinho reached 60% and are proceeding from unexpected stops and originated functional losses in reduced speeds of operation. The unexpected losses originate mostly in technical and operational aspects influenced by improper maintenance. As for character flaws arise because the functional aspects of maintenance badly managed and the losses appear due aerodynamic. Thus, the present results indicate that technological development is needed if we are to become operational and competitive wind energy.

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  • MARCELA ALVARES MACIEL
  • Avaliação Numérico-experimental da Eficiência Energética de Isolantes Reflexivos para Tubulações de Vapor

  • Orientador : FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • PATRICIA ROMEIRO DA SILVA JOTA
  • FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • Data: 03/09/2010
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  • Recentemente, a adoção de estratégias para promoção da eficiência energética no ambiente industrial pretende a compatibilização das demandas do setor em termos de manutenção, economia de energia e sustentabilidade ambiental. Tradicionalmente, isolantes térmicos são utilizados em tubulações de vapor como principal mecanismo para a prática da eficiência energética. Entretanto, os resíduos obtidos ao final da vida útil dos isolantes tradicionais apresentam-se como um dos principais desafios a serem superados. Alternativamente, a utilização de fibras vegetais é uma das vertentes mais exploradas, sendo as pesquisas sobre a utilização de isolantes reflexivos praticamente inexistentes no contexto industrial. Com o advento da nanotecnologia, pinturas especiais têm sido desenvolvidas também com vistas à substituição dos isolantes tradicionais. Diante deste contexto, o presente trabalho pretende a avaliação da eficiência energética da utilização de sistemas reflexivos utilizando-se filmes finos nanotecnológicos na sua composição para fins de isolamento térmico de tubulações de vapor. Isolantes reflexivos pretendem a redução da transferência de calor por radiação, através da utilização de materiais de baixa emissividade e alta refletividade, associadas a uma ou mais cavidades de ar. De caráter eminentemente experimental, o presente trabalho utiliza-se dos métodos do projeto fatorial para determinação de efeitos principais e interações entre os fatores envolvidos nos processos de transferência de calor em sistemas reflexivos associados a filmes finos contendo micro-esferas cerâmicas ou partículas ocas de vidro. Os resultados sugerem que os sistemas isolantes reflexivos apresentam-se como uma alternativa tecnológica promissora, considerando-se as particularidades de aplicação de cada tipologia de filme fino a base de nanotecnologia.


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  • Strategies for energy efficiency in industrial applications involve interfaces for maintainability, energy economy and environmental sustainability. Traditionally, thermal insulation is the most practical mechanism for steam pipe’s energy efficiency. However, life cycle analysis presented thermal insulation residues as a still unsolved problem. So, many vegetal fibers as thermal insulation are proposal, while reflexive insulation researches are underdeveloped, especially for industrial applications. On the other hand, thermal coatings nanotechnology has been successfully developed as an alternative for conventional insulation. Before this context, energy efficiency of reflexive systems with thermal coatings as steam pipe’s thermal insulation is investigated. Reflexive insulation provides thermal radiation heat transfer reduction through low emissivity and high reflectivity materials associates with air cavities. Factorial design methods are used for investigated factors principal effects and its interactions within heat transfer process in reflexive systems associate with thin films with ceramic micro-spheres or hollow glass particles. The results suggest reflexive insulation as a promising alternative technology, with considerable application particularities for each nanotechnology coatings.

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  • RUTHE REBELLO PIRES
  • Aplicação da metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida: Inventário do Ciclo de Vida de embalagens plásticas no processo de moldagem a sopro por extrusão do polietileno de alta densidade (PEAD) em frações virgens e recicladas

  • Orientador : MARCO AURELIO DOS SANTOS BERNARDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL ENRIQUE CASTRO
  • EVANDRO TOLENTINO
  • MARCO AURELIO DOS SANTOS BERNARDES
  • RODRIGO LAMBERT OREFICE
  • Data: 08/09/2010
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  • Baseado na série das normas ISO 14000, este trabalho utiliza a metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) em um Inventário do Ciclo de Vida (ICV) aplicado à uma indústria de embalagens plásticas para produtos de limpeza. Este ICV inventaria e quantifica a redução e o consumo de energia e de matérias-primas diante do processo de moldagem a sopro por extrusão do polietileno de alta densidade (PEAD), em frações virgens e recicladas, que variam entre 69% a 89% do teor do polímero reciclado.Para o inventário se fez necessária uma extensa pesquisa bibliográfica abrangendo áreas multidisciplinares, além de intensos acompanhamentos das atividades de uma empresa recicladora e de uma empresa que confecciona frascos.De acordo com as normas, foram coletados dados in loco e obtidas informações relevantes através das empresas fabricantes do maquinário utilizado. O programa computacional utilizado é o Umberto 5.0 da Institut für Umweltinformatik Hamburg GmbH , e a este foram incorporados dados do Ecoinvent Centre. Os resultados obtidos mostram uma economia de energia em até 8,33% com um maior uso de polímero reciclado, o que corresponde de maneira satisfatória os estudos internacionais.


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  • Based on the ISO 14000 standards series, this study uses the Life Cycle Assessment (LCA) methodology in a Life Cycle Inventory (LCI) applied to an industry of plastic packaging for cleaning products. The LCI identifies and quantifies the reduction and consumption of energy and raw materials of the blow molding by extrusion process using virgin and recycled High Density Polyethylene (HDPE) in fractions ranging from 69% to 89% of the content polymer recycling. For this inventory was needed an extensive bibliographic research covering multidisciplinary areas, and an intensive follow-ups to the activities of a recycling company and a company that manufactures bottles of PEAD.According to standards, data were collected in locu and relevant information obtained by companies which make this used machine.
    The software used is Umberto 5.0 Umweltinformatik Institut für Hamburg GmbH and Ecoinvent Centre datas were incorporated into it.The obtained results show power savings up to 8.33% with a greater use of recycled polymer, which corresponds satisfactorily international studies.



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  • Mauricio Isidoro Oliveira
  • Caracterização da Secagem do Resíduo Sólido Produzido Durante o Tratamento de Efluentes de uma Trefilaria de Arames de Aço

  • Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • ANDRÉA LÚCIA TEIXEIRA CHARBEL
  • CRISTIANA BRASIL MAIA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • Data: 14/09/2010
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  • O resíduo sólido oriundo do tratamento de efluente industrial gerado pela decapagem química de arames de aço, após a retirada de umidade em filtro-prensa, apresenta o teor de umidade de cerca de 70%. Para se evitar a contaminação de solo e água em função da carga poluidora do resíduo, o mesmo deve ser manuseado, armazenado e depositado, evitando-se, sobretudo, o contato com o solo. As disposições ambientalmente corretas praticadas para esse tipo de resíduo são o descarte em aterro controlado ou o coprocessamento em forno de cimento. O custo desse descarte é significativamente alto e pode ser reduzido por meio da secagem do resíduo, diminuindo seu peso e volume. Estudos preliminares demonstraram que a utilização de secadores artificiais (que empregam fonte de energia elétrica ou fóssil para aquecimento do ar) é economicamente inviável para essa aplicação. Este estudo fez análise da secagem do resíduo, variando a temperatura de secagem, a massa, a área superfícial, e a geometria das amostras. Possibilita informações importantes para a busca de alternativa técnica e economicamente viável para a secagem do resíduo e apresenta um conjunto de condições básicas a serem utilizadas em um projeto de secagem solar do resíduo. O uso da energia solar oferece baixo custo operacional e vantagens ambientais, tanto pelo aspecto renovável dessa energia, quanto pela isenção de emissão de gases de efeito estufa.


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  • The solid waste from the waste water treatment plant of a steel wire pickling process, after dewatering in a filter press, remains with 70% of moisture content. To avoid soil and groundwater contamination by its polluting capacity, the solid must be handled, stored and disposed, avoiding anyway the contact with the soil. The environmental correct dispositions practiced for this kind of waste are controled landfill or the cement furnace coprocessment. The costs for these dispositions are significantly high, and can be decreased by thermal drying, decreasig its weigh and volume. Preliminary studies have demonstrated that using artificial dryers (that use electric energy or fossil fuel to heat the air) is economicaly unfeasible for this aplication. This study made analysis of this solid waste drying, varying the drying temperature, the weigh, surface area and geometry of samples. It suplies important information for the search of a technical and economical feasable alternative to the drying operation of the solid waste and presents an amount of basic conditions to be used in solid waste drying projects. The solar energy use offers low operational costs and environment advantages, even though by the renewable aspect of this kind of energy, as by no stuff gas emission.

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  • VIVIANE RESENDE SILVA MAIO
  • Análise Energética e Exergética de um Sistema Híbrido Turbina a Gás e Célula a Combustível do Tipo Óxido Sólido (CCOS-TG)

  • Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FLÁVIO NEVES TEIXEIRA
  • LUBEN CABEZAS GÓMEZ
  • PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
  • Data: 05/11/2010
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  • O trabalho simula e analisa os aspectos termodinâmicos de um sistema híbrido de geração de potência utilizando turbina a gás e célula a combustível do tipo óxido sólido, CCOS. A combinação da célula CCOS com turbina a gás é uma aplicação de geração de potência bastante promissora, pois tais sistemas operando em ciclo fechado podem apresentar eficiência teórica global de 70%. A investigação das características de desempenho do sistema híbrido CCOS-TG (célula a combustível do tipo óxido sólido/turbina a gás) por meio de simulações computacionais é um primeiro passo para a busca de melhorias no aspecto térmico e econômico do sistema para que ele possa a cada dia se tornar mais viável para o mercado consumidor. O modelo termodinâmico implementado no presente trabalho para sistema híbrido CCOS-TG inclui uma análise tanto energética como exergética. Esses conceitos serão aplicados a cada componente do ciclo a fim de avaliar as suas irreversibilidades, possibilitando uma avaliação do desempenho individual de cada componente e sua relação com o desempenho global do ciclo. Os principais parâmetros analisados foram a razão de pressão (rp) e a temperatura de entrada da turbina a gás (TET), pois afetam diretamente a eficiência e produção de potência destes ciclos e estão entre os principais parâmetros de projeto. Uma análise comparativa entre os resultados para o ciclo CCOS-TG e aqueles obtidos para o ciclo Brayton regenerativo também foi realizada, demonstrando um aumento da potência de rede na ordem de 71%.



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  • This study examines the performance of a high-temperature solid oxide fuel cell combined with a conventional recuperative gas turbine (GT–SOFC) plant, as well as the irreversibility within the system. Individual models are developed for each component, through applications of the first, second laws of thermodynamics and exergetic analyses. The overall system performance is then analyzed by employing individual models and further applying thermodynamic laws for the entire cycle, to evaluate the thermal efficiency, entropy production, exergy efficiency and, exergy destruction of the plant. The results of an assessment of the cycle for certain operating conditions are compared against those available in the literature. The comparisons provide useful verification of the thermodynamic simulations in the present work. The main parameters analyzed were the compression ratio (rp) and the turbine inlet temperature (TIT). A comparison between the GT–SOFC plant and a traditional GT cycle, based on identical operating conditions, is also made, showing an increase of power in order of 71%.

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  • SAMIRA FONTES DOMINGOS
  • Avaliação Térmica Experimental do Elemento de Calor dos Concentradores Cilindro Parabólicos da Instalação Solar do CEFET-MG

  • Orientador : JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE GUIMARAES FERREIRA
  • ELIZABETH MARQUES DUARTE PEREIRA
  • JOSÉ ANTÔNIO DA SILVA
  • JOSÉ HENRIQUE MARTINS NETO
  • Data: 06/11/2010
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  • Uma instalação solar denominada “Usina Solar do CEFET-MG” está instalada nas dependências do campus do CEFET-MG, sendo a única instalação do tipo existente  atualmente no país. Essa instalação é constituída por coletores concentradores do tipo cilindro parabólico com foco linear. Este trabalho tem como objetivo principal, através de testes experimentais em laboratório, determinar as perdas térmicas do Elemento de Calor, utilizado nos coletores da instalação solar, através do estudo da influência da temperatura da superfície Absorvedora, da velocidade do vento e da temperatura do ar ambiente sobre o coeficiente global de transferência de calor do Absorvedor. Essa abordagem permite encontrar
    oportunidades para a melhoria da instalação solar existente, além de ajudar a otimizar novas instalações desse tipo de sistema.


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  • A solar installation named “CEFET-MG Solar Plant” is installed inside the CEFET-MG campus, being currently the unique installation of this type in the country. This installation is constituent by concentrated collectors of the type parabolic cylinder with linear focus. This work has as principal objective, through experimental tests in laboratory, define the thermal loss of the heat element used in the solar field collectors through the study of the absorbent surface temperature influence, the speed of the wind and the environment air temperature on the global coefficient of absorbent heat transference. This work allows finding opportunities for the advance of existing solar installation, beyond helping to improve news installations in this type of systems.

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