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Dissertações |
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JULIO CESAR DE LIMA ROQUE
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Avaliação da Periodicidade de Manutenção da Turbina de Condensação Rateau com Extração.
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Orientador : EVANDRO FOCKINK DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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EVANDRO FOCKINK DA SILVA
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PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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RAPHAEL NUNES DE OLIVEIRA
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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
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Projeto e Análise Experimental de um Secador de Grãos de Leito Fixo em Escala Laboratorial
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Orientador : JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
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MEMBROS DA BANCA :
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JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
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ANDRE GUIMARAES FERREIRA
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PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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RAFAEL PINHEIRO AMANTÉA
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RAPHAEL NUNES DE OLIVEIRA
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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
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Simulação Termoeconômica de Sistemas de Refrigeração de Ciclo Transcrítico e Subcrítico Utilizando CO2
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Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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MEMBROS DA BANCA :
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ANTONIO AUGUSTO TORRES MAIA
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PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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RALNEY NOGUEIRA DE FARIA
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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
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Análise da Reciclagem do Alumínio no Ciclo de Vida dos Automóveis: uma Visão Crítica da Macroeconomia e Sustentabilidade Mundial
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Orientador : DANIEL ENRIQUE CASTRO
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRE GUIMARAES FERREIRA
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DANIEL ENRIQUE CASTRO
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PEDRO AMÉRICO ALMEIDA MAGALHÃES JÚNIOR
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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
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Simulação Termoeconômica de Sistemas de Refrigeração em Cascata e Integrado Absorção-compressão de Vapor
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Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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MEMBROS DA BANCA :
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JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
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PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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RALNEY NOGUEIRA DE FARIA
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RAPHAEL NUNES DE OLIVEIRA
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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.
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Orientador : FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
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MEMBROS DA BANCA :
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FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
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JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
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PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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CLAUDIO HOMERO FERREIRA DA SILVA
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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
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Análise Teórico-experimental de Secagem Utilizando Secador Solar com Diferentes Formatos de Placa Absorvedora.
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Orientador : ANDRE GUIMARAES FERREIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRE GUIMARAES FERREIRA
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PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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LUCAS PAGLIONI PATARO FARIA
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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
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OTIMIZAÇÃO E ESTUDO NUMÉRICO DO TEOR DE UMIDADE EM LEITO FIXO DE GRÃOS DE ARROZ DURANTE O PROCESSO DE SECAGEM
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Orientador : JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
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MEMBROS DA BANCA :
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FREDERICO ROMAGNOLI SILVEIRA LIMA
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JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
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PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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RALNEY NOGUEIRA DE FARIA
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WANYR ROMERO FERREIRA
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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
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AVALIAÇÃO TEÓRICA DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR DURANTE A EBULIÇÃO CONVECTIVA EM MICROCANAIS MICRO/NANOESTRUTURADOS
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Orientador : EVANDRO FOCKINK DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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EVANDRO FOCKINK DA SILVA
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PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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RAPHAEL NUNES DE OLIVEIRA
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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
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ANÁLISE TRIDIMENSIONAL DO ESCOAMENTO TURBULENTO DE AR EM UM SECADOR SOLAR TIPO CABINE UTILIZANDO DINÂMICA DOS FLUIDOS COMPUTACIONAL
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Orientador : JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
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MEMBROS DA BANCA :
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GUILHERME DE SOUZA PAPINI
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ANDRE GUIMARAES FERREIRA
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JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
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RUDOLF HUEBNER
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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
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ANÁLISE MATEMÁTICA DO DESEMPENHO TERMOFLUIDODINÂMICO DE UM COMPRESSOR ALTERNATIVO SEM VÁLVULAS
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Orientador : PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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MEMBROS DA BANCA :
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CRISTIANA BRASIL MAIA
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FERNANDO ANTONIO RODRIGUES FILHO
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JOSE LEONCIO FONSECA DE SOUZA
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MARCIO EXPEDITO GUZZO
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PAULO EDUARDO LOPES BARBIERI
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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.
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