Simulação numérica da gaseificação de biomassa em leito fixo

O objetivo deste trabalho foi avaliar a potencialidade das sementes de açaí rejeitadas após beneficiamento em Belém – Pará, a fim de ser usada como fonte de biomassa para a produção de energia por gaseificação. Resultados da análise elementar obtidas no LABCAT – UNB em base seca foram obtidas com percentuais de Carbono, 46,06 %, Hidrogênio 6,01 % Oxigênio 43,37 %, Nitrogênio 4,33 % e Enxofre 0,08%. Tais valores entre outros parâmetros obtidos em estudo experimental realizados por Santos 2011 e Cruz, 2010, foram utilizados para realizar uma simulação numérica do processo de gaseificação por meio de um código FORTRAN zero dimensional desenvolvido especificamente para esta finalidade. Variações da influência da razão de equivalência e teor de umidade nas concentrações de CO, H2 e CH4 foram comparados a resultados experimentais. Um modelo transiente unidimensional também foi analisado. Utilizando a aplicação de um mecanismo de pirólise de dois passos onde o alcatrão primário (ou oxigenados) são inicialmente formados e então craqueados em alcatrão secundário (ou hidrocarbonetos) e outros gases combustíveis. Assim se revela a complexidade dos processos físicos e químicos que ocorrem no reator pelo uso do balanço de energia e massa e com informações das taxas de reação das reções químicas e os processos de transporte físicos. O modelo computacional é capaz de prever o perfil da composição de gases, temperatura, alcatrão primário e secundário ao longo do eixo longitudinal do gaseificador. Foram obtidos resultados para simulações realizadas nos dois modelos e posteriormente analisado tal comportamento em comparação ao resultado experimental obtidos por Santos (2011).

Desenvolvimento experimental e simulação numérica de uma réplica térmica de placa de circuito impresso

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Simulação numérica através do método dos elementos finitos e comparação experimental para obtenção de tensões e deformações específicas em fêmur com prótese total de quadril

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Simulação numérica de fluxo de águas subterrâneas na fazenda Cara Preta - Santa Rita do Passa Quatro - SP

The term model refers to any representation of a real system. The use of models in Hydrogeology can be valuable predictive tools for management of groundwater resources. The numeric models of groundwater flow, object of this study, consist on a set of differential equations that describe the water flow in the porous medium. In this context, numeric simulations were made for a sub-basin located at Cara Preta farm – Santa Rita do Passa Quatro – SP. The aquifer at the local is composed by rocks of Pirambóia Formation, which is part of Guarani Aquifer System. It was developed a conceptual model from previous studies in the area, and from that, simulations were made through the software Visual Modflow®. The conceptual model established previously was considered consistent through the results of simulation.

Simulação numérica de fluxo de águas subterrâneas na bacia do Rio Corrente (BA)

The numeric simulation is an important tool applied in understanding the dynamics of groundwater flow. In a hydrogeological model the processes responsible for groundwater flow are described by numerical formulations that allow the simplification, representation and understanding of the dynamics of the Aquifer System. In this work, a steady state groundwater flow simulation of Urucuia Aquifer System (UAS) part of the Corrente river basin was conducted, using the finite element method through software FEFLOW, to understand the dynamics of groundwater flow and quantify the hydrologic balance. The aquifer system Urucuia lodges in the São Francisco hydrogeological province and corresponds to a set of interconnected aquifers that occur in rocks from Urucuia group in the Urucuia sub-basin described by Campos e Dardenne (1997). The system is a porous media one, in a shape of a thick table mountain, consisting essentially of sandstones. The Corrente river basin is located in UAS in Western State of Bahia and it's one of the main units to maintaining permanent flow (Q95) and average natural flow of the São Francisco river. The simulation performed in this work obtained the following results for the modelled region: horizontal hydraulic conductivity of 3 x 10-4 m/s and vertical one 6 x 10-5 m/s; maximum recharge of 345 mm and minimum of 85 mm/a. It was concluded that: (1) regional groundwater flow has eastbound; with an exception of the extreme northeast portion, where the flow has opposite direction; (2) there are smaller water side dividers with an approximate direction EW, that guide the flow of water to the drainage that cut the aquifer; and (3) the UAS at Corrente river basin can be understood as a free regional aquifer system, isotropic and homogeneous. Regionally, the small lithological variations present in the Urucuia group can be neglected and do not exhibit significant influences on the dynamics of ground water flow

Simulação numérica de fluxo de águas subterrâneas do aquífero Rio Claro, na região do campus da UNESP - Rio Claro, SP

The water management in any area is highly important to the success of many business and also of life and the understanding of your relationship with the environment brings better control to its demand. I.e. hydrogeological studies are needed under better understanding of the behavior of an aquifer, so that its management is done so as not to deplete or harm it. The objective of this work is the numerical modeling in transient regime of a portion of the Rio Claro aquifer formation in order to get answers about its hydrogeological parameters, its main flow direction and also its most sensitive parameters. A literature review and conceptual characterization of the aquifer, combined with field campaigns and monitoring of local water level (NA), enabled the subsequent construction of the mathematical model by finite elements method, using the FEFLOW 6.1 ® computational algorithm. The study site includes the campus of UNESP and residential and industrial areas of Rio Claro city. Its area of 9.73 km ² was divided into 318040 triangular elements spread over six layers, totaling a volume of 0.25 km³. The local topography and geological contacts were obtained from previous geological and geophysical studies as well as profiles of campus wells and SIAGAS / CPRM system. The seven monitoring wells on campus were set up as observation points for calibration and checking of the simulation results. Sampling and characterization of Rio Claro sandstones shows up a high hydrological and lithological heterogeneity for the aquifer formation. The simulation results indicate values of hydraulic conductivity between 10-6 and 10-4 m / s, getting the Recharge/Rainfall simulation in transient ratio at 13%. Even with the simplifications imposed on the model, it was able to represent the fluctuations of local NA over a year of monitoring. The result was the exit of 3774770 m³ of water and the consequently NA fall. The model is considered representative for the...

Atividade antibacteriana de óleo essencial de orégano (Origanum vulgare): ações in vitro e in situ para preservação de alimento

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Conversor de energia das ondas em energia elétrica com dispositivo de coluna de água oscilante: simulação numérica e estudo geométrico

Os oceanos representam um dos maiores recursos naturais, possuindo expressivo potencial energético, podendo suprir parte da demanda energética mundial. Nas últimas décadas, alguns dispositivos destinados à conversão da energia das ondas dos oceanos em energia elétrica têm sido estudados. No presente trabalho, o princípio de funcionamento do conversor do tipo Coluna de Água Oscilante, do inglês Oscillating Water Colum, (OWC) foi analisado numericamente. As ondas incidentes na câmara hidro-pneumática da OWC, causam um movimento alternado da coluna de água no interior da câmara, o qual produz um fluxo alternado de ar que passa pela chaminé. O ar passa e aciona uma turbina a qual transmite energia para um gerador elétrico. O objetivo do presente estudo foi investigar a influência de diferentes formas geométricas da câmara sobre o fluxo resultante de ar que passa pela turbina, que influencia no desempenho do dispositivo. Para isso, geometrias diferentes para o conversor foram analisadas empregando modelos computacionais 2D e 3D. Um modelo computacional desenvolvido nos softwares GAMBIT e FLUENT foi utilizado, em que o conversor OWC foi acoplado a um tanque de ondas. O método Volume of Fluid (VOF) e a teoria de 2ª ordem Stokes foram utilizados para gerar ondas regulares, permitindo uma interação mais realista entre o conversor, água, ar e OWC. O Método dos Volumes Finitos (MVF) foi utilizado para a discretização das equações governantes. Neste trabalho o Contructal Design (baseado na Teoria Constructal) foi aplicado pela primeira vez em estudos numéricos tridimensionais de OWC para fim de encontrar uma geometria que mais favorece o desempenho do dispositivo. A função objetivo foi a maximização da vazão mássica de ar que passa através da chaminé do dispositivo OWC, analisado através do método mínimos quadrados, do inglês Root Mean Square (RMS). Os resultados indicaram que a forma geométrica da câmara influencia na transformação da energia das ondas em energia elétrica. As geometrias das câmaras analisadas que apresentaram maior área da face de incidência das ondas (sendo altura constante), apresentaram também maior desempenho do conversor OWC. A melhor geometria, entre os casos desse estudo, ofereceu um ganho no desempenho do dispositivo em torno de 30% maior.

Simulação numérica da convecção mista em cavidade preenchida com meio poroso heterogêneo e homogêneo

In this work is presented mixed convection heat transfer inside a lid-driven cavity heated from below and filled with heterogeneous and homogeneous porous medium. In the heterogeneous approach, the solid domain is represented by heat conductive equally spaced blocks; the fluid phase surrounds the blocks being limited by the cavity walls. The homogeneous or pore-continuum approach is characterized by the cavity porosity and permeability. Generalized mass, momentum and energy conservation equations are obtained in dimensionless form to represent both the continuum and the pore-continuum models. The numerical solution is obtained via the finite volume method. QUICK interpolation scheme is set for numerical treatment of the advection terms and SIMPLE algorithm is applied for pressure-velocity coupling. Aiming the laminar regime, the flow parameters are kept in the range of 102≤Re≤103 and 103≤Ra≤106 for both the heterogeneous and homogeneous approaches. In the tested configurations for the continuous model, 9, 16, 36, and 64 blocks are considered for each combination of Re and Ra being the microscopic porosity set as constant φ=0,64 . For the pore-continuum model the Darcy number (Da) is set according to the number of blocks in the heterogeneous cavity and the φ. Numerical results of the comparative study between the microscopic and macroscopic approaches are presented. As a result, average Nusselt number equations for the continuum and the pore continuum models as a function of Ra and Re are obtained.

Influência das tensões tectônicas na permeabilidade da formação Açu - Bacia Potiguar

The behavior of the fluid flux in oil fields is influenced by different factors and it has a big impact on the recovery of hydrocarbons. There is a need of evaluating and adapting the actual technology to the worldwide reservoirs reality, not only on the exploration (reservoir discovers) but also on the development of those that were already discovered, however not yet produced. The in situ combustion (ISC) is a suitable technique for these recovery of hydrocarbons, although it remains complex to be implemented. The main objective of this research was to study the application of the ISC as an advanced oil recovery technique through a parametric analysis of the process using vertical wells within a semi synthetic reservoir that had the characteristics from the brazilian northwest, in order to determine which of those parameters could influence the process, verifying the technical and economical viability of the method on the oil industry. For that analysis, a commercial reservoir simulation program for thermal processes was used, called steam thermal and advanced processes reservoir simulator (STARS) from the computer modeling group (CMG). This study aims, through the numerical analysis, find results that help improve mainly the interpretation and comprehension of the main problems related to the ISC method, which are not yet dominated. From the results obtained, it was proved that the mediation promoted by the thermal process ISC over the oil recovery is very important, with rates and cumulated production positively influenced by the method application. It was seen that the application of the method improves the oil mobility as a function of the heating when the combustion front forms inside the reservoir. Among all the analyzed parameters, the activation energy presented the bigger influence, it means, the lower the activation energy the bigger the fraction of recovered oil, as a function of the chemical reactions speed rise. It was also verified that the higher the enthalpy of the reaction, the bigger the fraction of recovered oil, due to a bigger amount of released energy inside the system, helping the ISC. The reservoir parameters: porosity and permeability showed to have lower influence on the ISC. Among the operational parameters that were analyzed, the injection rate was the one that showed a stronger influence on the ISC method, because, the higher the value of the injection rate, the higher was the result obtained, mainly due to maintaining the combustion front. In connection with the oxygen concentration, an increase of the percentage of this parameter translates into a higher fraction of recovered oil, because the quantity of fuel, helping the advance and the maintenance of the combustion front for a longer period of time. About the economic analysis, the ISC method showed to be economically feasible when evaluated through the net present value (NPV), considering the injection rates: the higher the injection rate, the higher the financial incomes of the final project

Injeção de vapor e solvente como um método de recuperação avançada em reservatório avançada em reservatórios de óleo pesado

Currently a resource more and more used by the petroleum industry to increase the efficiency of steam flood mechanism is the addition of solvents. The process can be understood as a combination of a thermal method (steam injection) with a miscible method (solvent injection), promoting, thus, the reduction of interfacial tensions and oil viscosity. The use of solvent alone tends to be limited because of its high cost. When co-injected with steam, the vaporized solvent condenses in the cooler regions of the reservoir and mixes with the oil, creating a zone of low viscosity between the steam and the heavy oil. The mobility of the displaced fluid is then improved, resulting in an increase of oil recovery. To better understand this improved oil recovery method, a numerical study of the process was done contemplating the effects of some operational parameters (distance between wells, injection steam rate, kind of solvent and injected solvent volume)on the accumulated production of oil, recovery factor and oil-steam rate. Semisynthetic models were used in this study but reservoir data can be extrapolated for practical applications situations on Potiguar Basin. Simulations were performed in STARS (CMG, 2007.11). It was found that injected solvent volumes increased oil recovery and oil rates. Further the majority of the injected solvent was produced and can be recycled

Análise paramétrica da injeção de vapor e solvente em reservatórios de óleo pesado

A significant fraction of the hydrocarbon reserves in the world is formed by heavy oils. From the thermal methods used to recovery these resources, Steamflooding has been one of the main economically viable alternatives. In Brazil, this technology is widely used by Petrobras in Northeast fields. Latent heat carried by steam heats the oil in the reservoir, reducing its viscosity and facilitating the production. In the last years, an alternative more and more used by the oil industry to increase the efficiency of this mechanism has been the addition of solvents. When co-injected with steam, the vaporized solvent condenses in the cooler regions of the reservoir and mixes with the oil, creating a low viscosity zone between the steam and the heavy oil. The mobility of the displaced fluid is then improved, resulting in an increase of oil recovery. To better understand this improved oil recovery method and investigate its applicability in reservoirs with properties similar to those found in Potiguar Basin, a numerical study was done to analyze the influence of some operational parameters (steam injection rate, injected solvent volume and solvent type) on oil recovery. Simulations were performed in STARS ("Steam, Thermal, and Advanced Processes Reservoir Simulator"), a CMG ("Computer Modelling Group") program, version 2009.10. It was found that solvents addition to the injected steam not only anticipated the heated oil bank arrival to the producer well, but also increased the oil recovery. Lower cold water equivalent volumes were required to achieve the same oil recoveries from the models that injected only steam. Furthermore, much of the injected solvent was produced with the oil from the reservoir

Simulação numérica do comportamento dinâmico de uma laje

Nesta dissertação pretende-se simular o comportamento dinâmico de uma laje de betão armado aplicando o Método de Elementos Finitos através da sua implementação no programa FreeFEM++. Este programa permite-nos a análise do modelo matemático tridimensional da Teoria da Elasticidade Linear, englobando a Equação de Equilíbrio, Equação de Compatibilidade e Relações Constitutivas. Tratando-se de um problema dinâmico é necessário recorrer a métodos numéricos de Integração Directa de modo a obter a resposta em termos de deslocamento ao longo do tempo. Para este trabalho escolhemos o Método de Newmark e o Método de Euler para a discretização temporal, um pela sua popularidade e o outro pela sua simplicidade de implementação. Os resultados obtidos pelo FreeFEM++ são validados através da comparação com resultados adquiridos a partir do SAP2000 e de Soluções Teóricas, quando possível.

Simulação numérica aplicada ao tratamento de efluentes

A existência de estações de tratamentos de águas residuais (ETAR) é, nos dias de hoje, fundamental na medida em que permite, reduzir a poluição ambiental associada às águas e, também, a reutilização da água tratada para diversos fins. A constante necessidade de cumprir os limites de descargas nos meios recetores conduziu a um melhoramento nas técnicas e processos de tratamento de efluentes, nomeadamente, nos processos biológicos. O processo por lamas ativadas é um processo amplamente utilizado para a remoção de poluentes orgânicos presentes nas águas residuais, pelo que um estudo mais intensivo sobre estes tratamentos resultou na publicação de uma série de conceitos e pressupostos, através de modelos numéricos. A modelação numérica de processos de tratamento de águas residuais e a utilização de ferramentas de simulação numérica têm sido largamente utilizadas, a nível mundial, por exemplo em investigação, desenvolvimento de processos, atividade de consultoria e igualmente por entidades reguladoras, na medida em que os auxiliam no planeamento, dimensionamento e análise do comportamento de infraestruturas de tratamento. No presente trabalho, recorreu-se ao software de simulação GPS-X (versão 6.0) para implementar o esquema de tratamento da ETAR de Beirolas. O objetivo deste trabalho é verificar a aplicabilidade de modelos numéricos na simulação de unidades de tratamento de efluentes e avaliar a resposta dos diferentes modelos, assim como a influência na alteração de características das águas afluentes no comportamento dos modelos. Os resultados obtidos permitiram concluir que os modelos numéricos podem ser utilizados para prever a resposta dos sistemas biológicos e as suas perturbações. Conclui-se ainda que o comportamento, dos modelos estudados (ASM1, ASM2d, ASM3 e mantis), é semelhante, contudo deve-se referir que devido à complexidade do modelo e a falta de informação experimental sobre as características do efluente, não permitiram efetuar uma completa caracterização e calibração do caso de estudo, e toda a informação disponível sobre as características físico-químicas da água foram baseadas em estimativas de concentrações de carências de oxigénio e sólidos suspensos.

Estudo de Ferramentas FEA Comerciais na Simulação Numérica de Processos de Conformação de Chapas Metálicas. Aplicação à Indústria Automóvel.

Os componentes obtidos através da conformação plástica de chapas têm uma grande importância, tanto na etapa de concepção do produto como na etapa de produção na indústria automóvel. Isto comprova-se pelo facto de, em média, cada automóvel integrar cerca de 500 componentes estampados para construir o chassis e a carroçaria [Alves 2003]. Deste total de componentes, 50 são de grandes dimensões (portas, tejadilho, painéis inferior e laterais, entre outros) e necessitam, em média, de cinco ferramentas para o seu fabrico, sendo o custo estimado para cada ferramenta de 230 000 € [Col 2000, Alves 2003]. Para além da indústria automóvel, a conformação plástica de chapas metálicas é um processo tecnológico presente nas indústrias relativas à aeroespacial, petrolífera, decoração, alimentar, entre outras. Do ponto de vista do enquadramento económico, cerca de 20% do custo total de um automóvel novo é devido à incorporação de componentes metálicos estampados. [Alves 2003]. A pressão do “Mercado Global” faz com que os custos relativos à matéria-prima, energia e mão-de-obra sejam uma constante em termos de redução do seu impacte no orçamento das empresas fornecedoras destes produtos. É neste contexto que surge a necessidade da realização deste estudo de Benchmark de Softwares, tornando-se bastante importante, quer ao nível da competitividade industrial, quer ao nível da inovação para novos produtos. A análise por elementos finitos desempenha um papel primordial no tryout virtual e otimização das ferramentas e processos de conformação plástica. Os objetivos principais deste estudo de simulação numérica são a identificação e comparação dos resultados obtidos pelo AUTOFORM e pelo PAMSTAMP, para cada uma das variáveis identificadas como as mais influentes na robustez dos processos de estampagem de chapa metálica. Estas variáveis identificadas são: consumo de material (Draw-in) após conformação; forças de conformação; valores de variação de espessura e dos valores de extensão e resultados de Springback. Os resultados obtidos são comparados com os resultados experimentais e, desta forma, avalia-se a capacidade inovadora e a eficácia de cada um dos softwares, obtendo-se assim, uma orientação mais real para o software mais indicado aos objetivos impostos pela indústria automóvel. Para este efeito, a indústria automóvel, como maior impulsionador e motor da investigação na área da simulação numérica aplicada aos processos de estampagem, tem aderido em peso ao Benchmarking. Um exemplo disto, é o que acontece nas conferências Numisheet. O Benchmark #2 da conferência Numisheet 2008 é analisado pormenorizadamente e os resultados numéricos e experimentais são comparados e apresentados. Dois materiais distintos (aço HC260LAD e liga de alumínio AC170), assim como três modelos com geometrias diferentes (com e sem freios) são apresentados neste relatório. Com vista à redução dos ciclos tentativa-erro, tem-se adotado ciclos virtuais ou numéricos e tem-se incrementado a interatividade entre as fases de concepção e projeto, num conceito muito próprio, mas cada vez mais abrangente, denominado “produção virtual”. É nesta filosofia que se insere a simulação numérica dos processos de conformação de chapa.