Revestimento interno de tubulação por um processo de centrifugação utilizando resina éster-vinílica com adição de cargas

Being the corrosion one of the great problems facing the industry today, specifically the internal corrosion of pipes in chemical and petrochemical industries, hence this work proposes a new type of internal coating in order to avoid fouling and decrease the pressure loss in the flow. For this, we use a composition of vinyl ester resins and manometric loads, which after cleaning and preparation of the internal surface of the tube will be applied through a process of centrifugation, adjusted by a lathe. After curing the resin, a test of roughness will be realized in order to analyze the reduction of friction factor and thus be able to conclude whether there was a significant decrease in pressure drop. With test results in hand, we hope to obtain a coating that meets most of the properties required by the industry and to provide a reduction in operating costs and a visible improvement in the conditions of use of the pipe

Modelagem numérica do escoamento em válvulas de compressores alternativos pelo método da fronteira imersa com refinamento adaptativo

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Modelagem para o dimensionamento de um sistema de microirrigação utilizando microtubos ramificados

Este trabalho foi realizado com o objetivo de se modelar e avaliar o comportamento hidráulico de microtubos ramificados, com base na relação entre vazão e comprimento dos microtubos para uma pressão de entrada, operando sob regime laminar. Dois modelos matemáticos foram estudados, em que um considerou a perda localizada de carga no dimensionamento dos microtubos ramificados e o outro a desconsiderou. O experimento para validação dos modelos foi conduzido no Laboratrio de Hidráulica da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" (ESALQ-USP), Piracicaba, SP, medindo-se a vazão dos emissores para as pressões de 14,7; 18,6; 39,2 e 58,9 kPa. A configuração do sistema de irrigação consistiu de uma linha lateral com diâmetro nominal (DN) de 10,0 mm, na qual foram inseridos microtubos conectores com DN de 0,8 mm conectados a um segmento de tubo de derivação e acoplados seis microtubos emissores com DN de 0,7 mm. Verificou-se que, dentre os modelos matemáticos, aquele que considerou a perda localizada de carga apresentou maior exatidão pois teve elevado, um bom índice de Willmott e baixo erro quadrático médio.

Transporte hidráulico de misturas bentonita-água em condutos forçados

A argila bentonítica é amplamente utilizada em transporte de sólidos produzidos durante perfuração de poços. Teve por objetivo estudar o escoamento de misturas bentonita-água e determinar suas propriedades reológicas e parâmetros hidráulicos úteis nos projetos de instalações de recalque de misturas sólido-líquido. Foi montado um circuito fechado de tubulações para estudar dados de perda de carga e perfis de velocidade. Realizaram-se ensaios com misturas bentonita-água sob varias concentrações, algumas transportando areia. Observaram-se que a reologia da mistura bentonita-água é melhor descrita pela formulação de Herschell-Bulkley para fluidos não-Newtonianos. O coeficiente de atrito para descrever a perda de carga da mistura bentonita-água observada em tubulações no laboratório coloca-se entre as previsões de Tomita (1959) e Szilas et al (1981). A variação da velocidade da mistura na seção transversal do tubo é melhor aproximada pela equação de Bogue-Metzner (1963).

Intensificação da transferência de calor e otimização de trocadores de calor compactos tipo venezianas com geradores de vórtices tipo delta-winglets.

Esta pesquisa visa a análise da contribuição de cinco variáveis de entrada e a otimização do desempenho termo-hidráulico de trocadores de calor com venezianas combinados com geradores de vórtices delta-winglets. O desempenho termohidráulico de duas geometrias distintas, aqui nomeadas por GEO1 e GEO2, foram avaliadas. Smoothing Spline ANOVA foi usado para avaliar a contribuição dos parâmetros de entrada na transferência de calor e perda de carga. Considerando aplicação automotiva, foram investigados números de Reynolds iguais a 120 e 240, baseados no diâmetro hidráulico. Os resultados indicaram que o ângulo de venezianas é o maior contribuidor para o aumento do fator de atrito para GEO1 e GEO2, para ambos os números de Reynolds. Para o número de Reynolds menor, o parâmetro mais importante em termos de transferência de calor foi o ângulo das venezianas para ambas as geometrias. Para o número de Reynolds maior, o ângulo de ataque dos geradores de vórtices posicionados na primeira fileira é o maior contribuidor para a tranfesferência de calor, no caso da geometria GEO1, enquanto que o ângulo de ataque dos geradores de vórtices na primeira fileira foi tão importante quanto os ângulos das venezianas para a geometria GEO2. Embora as geometrias analisadas possam ser consideradas como técnicas compostas de intensificação da transferência de calor, não foram observadas interações relevantes entre ângulo de venezianas e parâmetros dos geradores de vórtices. O processo de otimização usa NSGA-II (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm) combinado com redes neurais artificiais. Os resultados mostraram que a adição dos geradores de vórtices em GEO1 aumentaram a transferência de calor em 21% e 23% com aumentos na perda de carga iguais a 24,66% e 36,67% para o menor e maior números de Reynolds, respectivamente. Para GEO2, a transferência de calor aumentou 13% e 15% com aumento na perda de carga de 20,33% e 23,70%, para o menor e maior número de Reynolds, respectivamente. As soluções otimizadas para o fator de Colburn mostraram que a transferência de calor atrás da primeira e da segunda fileiras de geradores de vórtices tem a mesma ordem de magnitude para ambos os números de Reynolds. Os padrões de escoamento e as características de transferência de calor das soluções otimizadas apresentaram comportamentos vi particulares, diferentemente daqueles encontrados quando as duas técnicas de intensificação de transferência de calor são aplicadas separadamente.

Análise do desempenho de um refrigerador doméstico funcionando com uma válvula de expansão micrométrica

Household refrigerators are equipments that represent a significant portion on the eletricity consumption of Brazilian homes. The use of these devices with low energy efficiency contributes to increase the energy consumption. The energy efficiency of a refrigerator is a function of the interaction between the coolant fluid and the components of the thermodynamic cycle. Changes in load and/or nature of the coolant may modify the condensing and/or evaporation pressures. The volumetric capacity of the compressor, the mass flow of coolant and the compression power are dependent parameters of the condensation and evaporation pressures. Thus, the expansion devices exert an importante role in the balance of these pressures, being fundamental for the better performance of the refrigeration cycle. This experimental research aims to investigate the sensitivity of the performance parameters of a household refrigerator operating with R134a and at different evaporation pressures. Therefore, a small refrigerator was instrumented with temperature, pressure sensors and other variables of interest, installed along the cooling circuit, in order to allow the thermal mapping and the evaluation of the equipment performance parameters. The variation of pressure loss in the coolant fluid resulting from the operation of the expansion valve with micrometric adjustment that modifies the evaporation temperature, influencing significantly the performance parameters of the thermodynamic refrigeration cycle.

Estudo da redução de arrasto induzido por polímeros em escoamentos internos turbulentos em dutos

The flows turbulent and laminar are present in various applications of engineering and one of the villain of energy loss big is the surface friction. Currently, there are several research aimed for the study of reducing drag (DR) with the objective of developing effective methods to reduce the friction. Regardless of numerous research carried out until today, the phenomenon DR still remains in study not it is fully understood. This paper studied the drag reduction by polymer induction in turbulent internal flows in ducts. We constructed a testing bench to perform the analysis of drag reduction, the bench has basically two manometers with a 8.5 psi full scale, a peripheral pump 0.5 HP, an acrylic tank, valves and tubes pvc and is situated in the Laboratory Fluid Mechanics UFRN. Were used as polymer additives to polyethylene glycol 4000, the Polyox WSR N60K, Polyox WSR 301 and Polyox WSR 205. The rationale for the choice of these polymers is their wide application in situations requiring greater energy efficiency, such as the addition reducing polymers for the jet used by the fire department to achieve greater distances. The induced drag reduction polymers is investigated from the turbulent flow analysis, with Reynolds number in a range between 2×104

Estudo da redução de arrasto induzido por polímeros em escoamentos internos turbulentos em dutos

The flows turbulent and laminar are present in various applications of engineering and one of the villain of energy loss big is the surface friction. Currently, there are several research aimed for the study of reducing drag (DR) with the objective of developing effective methods to reduce the friction. Regardless of numerous research carried out until today, the phenomenon DR still remains in study not it is fully understood. This paper studied the drag reduction by polymer induction in turbulent internal flows in ducts. We constructed a testing bench to perform the analysis of drag reduction, the bench has basically two manometers with a 8.5 psi full scale, a peripheral pump 0.5 HP, an acrylic tank, valves and tubes pvc and is situated in the Laboratory Fluid Mechanics UFRN. Were used as polymer additives to polyethylene glycol 4000, the Polyox WSR N60K, Polyox WSR 301 and Polyox WSR 205. The rationale for the choice of these polymers is their wide application in situations requiring greater energy efficiency, such as the addition reducing polymers for the jet used by the fire department to achieve greater distances. The induced drag reduction polymers is investigated from the turbulent flow analysis, with Reynolds number in a range between 2×104

Investigação experimental das propriedades termofísicas e da convecção forçada de nanofluido de grafeno

This work presents an experimental investigation of thermal hydraulic performance of the nanofluid composed by graphene nanoparticles dispersed in a mixture of water and ethylene glycol at a ratio of 70:30% by volume. The tests were carried out under forced convection inside a circular tube with uniform heat flux on the wall for the laminar-turbulent transition regime. The mass flow rate ranged from 40 to 70 g/s corresponding to Reynolds numbers between 3000 and 7500. The heat flux was maintained constant at values of 11, 16 and 21 kW/m², as well as the inlet temperature of 15, 20 and 25°C. Three samples were produced with the nanofluid volumetric concentration of 0.05%, 0.10% and 0.15%. Thermophysical properties were experimentaly measured for all samples that were critically compared and discussed with theoretical models most commonly used in the literature. Initially, experiments with distilled water confirmed the validity of the experimental equipment for the thermo-hydraulic tests. Therefore, nanofluid samples that showed the highest thermal conductivity, corresponding to the volumetric concentrations of 0.15% and 0.10%, were subjected to the tests. The thermal-hydraulic performance for both samples was unsatisfactory. The heat transfer coefficients for convection of nanofluids reduced 21% in average, for the sample with = 0.15% and 26% and for =0.10%. The pressure drop of the samples was higher than the base fluid. Finally, the pressure drop and heat transfer coefficient by convection of both samples were also compared to theoretical models. The models used for pressure drop showed an excellent agreement with experimental results, which is remarkable considering the transitional flow.

Estudo de um permutador de calor para aplicação em sistemas de recuperação de energia térmica

Grande parte da energia contida no combustível consumido por um motor de combustão interna é desperdiçada sob forma de calor, através do sistema de refrigeração do motor, do sistema de recirculação dos gases de escape e principalmente através dos gases de escape. Daí o interesse no estudo de sistemas que permitem o aproveitamento dessa energia residual dos veículos automóveis. Este trabalho centra-se no estudo de sistemas de aproveitamento da energia térmica contida nos gases de escape dos veículos automóveis, sendo o objetivo principal o estudo do permutador de calor que será utilizado para recuperação da energia térmica. Existem vários tipos de permutadores, na sua escolha entram fatores como as características dos fluidos de trabalho envolvidos, o custo, facilidade de manutenção, a aplicação. Para o caso deste estudo selecionou-se um permutador de carcaça e tubos e um permutador de tubos concêntricos. Uma vez que a seleção e otimização de um permutador de calor implica a minimização da perda de carga dos gases de escape e a maximização da eficiência térmica do sistema, numa primeira fase selecionou-se a geometria mais adequada. Em seguida fez-se uma comparação de diferentes modelos de cálculo da perda de carga e analisou-se o desempenho termo hidráulico do permutador. Por fim realizou-se um estudo paramétrico para verificar a influência dos parâmetros de construção (número de tubos, diâmetro e comprimento dos tubos).

Microturbinas em redes de abastecimento de água

Nos dias de hoje a sociedade exige níveis qualitativos de vida cada vez mais elevados, o que torna prioritária a conceção de sistemas eficientes, não poluidores, económicos e diversificados que permitam uma gestão integrada e racionalizada de recursos tão escasso como é o da água e da energia. Em sistemas de abastecimento de água, o uso de válvulas redutoras de pressão (VRP) visa a uniformização e controlo de pressões, promovendo uma perda de carga localizada que dissipa a energia hidráulica presente através da redução dos valores de pressão a jusante. Estas são fundamentais no controlo e redução de pressão. A utilização de microturbinas é uma alternativa sustentável para o controle de pressão e, simultaneamente, para a produção de energia elétrica. Trata-se de um método de mitigação para controlar as perdas referidas convergindo no âmbito da eficiência energética. Na perspetiva de promover um aproveitamento de energia nas redes de abastecimento de água, o presente trabalho sugere a substituição de válvulas redutoras de pressão (VRP) por microturbinas. Desse modo, apresenta-se um método automático de seleção de (i) local para implementação e (ii) projeto de microturbinas para sistemas de abastecimento de água. Para a modelação do funcionamento dos sistemas hidráulicos recorre-se ao simulador hidráulico EPANET. Esta ferramenta possibilita avaliação de caudais e pressões em todos os pontos da rede durante um determinado intervalo de tempo. A metodologia desenvolvida permite selecionar o local ideal no sistema hidráulico através de uma análise de cada secção conduta-nó escolhendo-se a melhor opção baseada na produção de energia. Depois da localização procede-se à seleção do tipo de turbina (Kaplan, Francis, Pelton e Cross-flow) que vai depender das características do sistema hidráulico. Na etapa seguinte apresenta-se os resultados obtidos pela turbina nomeadamente a produção de energia elétrica anual, o investimento necessário, o tempo de retorno e a rentabilização ao final de um período de 25 anos. Na última etapa da metodologia, de forma avaliar o comportamento do sistema final, realiza-se uma nova simulação da rede mas tendo em conta a introdução da microturbina no local. Apresentam-se alguns casos de estudo que validam a ferramenta desenvolvida. A metodologia desenvolvida é comparada com um caso de estudo real. Em ambos os exemplos simulados a metodologia aplicada permite obter soluções com ganhos energéticos significativos associados ao sistema. Apenas num dos exemplos se observaram que a implementação da microturbina no sistema hidráulico não seria economicamente rentável.

Avaliação do comportamento reológico de pastas de cimento para poços de petróleo com adição de plastificantes

The isolation of adjacent zones encountered during oilwell drilling is carried out by Portland-based cement slurries. The slurries are pumped into the annular positions between the well and the casing. Their rheological behavior is a very important component for the cementing process. Nowadays, several alternative materials are used in oilwell cementing, with goal the modification and the improvement of their properties, mainly the increase of the fluidity. And this can be reached by using plasticizers additives able to account for different oilwell conditions, yielding compatible cement slurries and allowing enough time for the complete cementing operation. If the rheological properties of the slurry are properly characterized, the load loss and flow regime can be correctly predicted. However, this experimental characterization is difficult. Rheological models capable of describing the cement slurry behavior must be capable of predicting the slurry cement deformation within reasonable accuracy. The aim of this study was to characterize rheologically the slurries prepared with a especial class of Portland cement, water and plasticizers based on lignosulfonate, melamine and polycarboxylate at temperatures varying from 27°C to 72°C. The tests were carried out according to the practical recommendations of the API RP 10B guidelines. The results revealed a great efficiency and the dispersive power of the polycarboxylate, for all temperatures tested. This additive promoted high fluidity of the slurries, with no sedimentation. High lignosulfonate and melamine concentrations did not reduce the rheological parameters (plastic viscosity and yield stress) of the slurries. It was verified that these additives were not compatible with the type of cement used. The evaluated rheological models were capable of describing the behavior of the slurries only within concentration and temperature ranges specific for each type of additive

Nova técnica para obtenção de fraturas com altíssima condutividade em poços de petróleo

Increase hydrocarbons production is the main goal of the oilwell industry worldwide. Hydraulic fracturing is often applied to achieve this goal due to a combination of attractive aspects including easiness and low operational costs associated with fast and highly economical response. Conventional fracturing usually involves high-flowing high-pressure pumping of a viscous fluid responsible for opening the fracture in the hydrocarbon producing rock. The thickness of the fracture should be enough to assure the penetration of the particles of a solid proppant into the rock. The proppant is driven into the target formation by a carrier fluid. After pumping, all fluids are filtered through the faces of the fracture and penetrate the rock. The proppant remains in the fracture holding it open and assuring high hydraulic conductivity. The present study proposes a different approach for hydraulic fracturing. Fractures with infinity conductivity are formed and used to further improve the production of highly permeable formations as well as to produce long fractures in naturally fractured formations. Naturally open fractures with infinite conductivity are usually encountered. They can be observed in rock outcrops and core plugs, or noticed by the total loss of circulation during drilling (even with low density fluids), image profiles, pumping tests (Mini-Frac and Mini Fall Off), and injection tests below fracturing pressure, whose flow is higher than expected for radial Darcian ones. Naturally occurring fractures are kept open by randomly shaped and placed supporting points, able to hold the faces of the fracture separate even under typical closing pressures. The approach presented herein generates infinite conductivity canal held open by artificially created parallel supporting areas positioned both horizontally and vertically. The size of these areas is designed to hold the permeable zones open supported by the impermeable areas. The England & Green equation was used to theoretically prove that the fracture can be held open by such artificially created set of horizontal parallel supporting areas. To assess the benefits of fractures characterized by infinite conductivity, an overall comparison with finite conductivity fractures was carried out using a series of parameters including fracture pressure loss and dimensionless conductivity as a function of flow production, FOI folds of increase, flow production and cumulative production as a function of time, and finally plots of net present value and productivity index

Investigação experimental de permutadores de calor para aplicação em sistema de recuperação de energia térmica de veículos

Devido às normas ambientais atualmente em vigor que restringem a quantidade de gases poluentes emitidos para a atmosfera pelos automóveis, e também pela cada vez maior consciencialização para os problemas ambientais que o consumo de combustíveis fósseis acarreta, assim como devido ao cada vez mais elevado preço dos mesmos, os construtores automóveis têm como principal objectivo a redução do consumo do combustível e consequente diminuição de emissão de poluentes. Os sistemas de reaproveitamento da energia térmica desperdiçada nos motores de combustão interna (MCI), podem contribuir de forma significativa para o aumento da eficiência de conversão de energia em veículos equipados com MCI. O presente estudo é dedicado ao desenvolvimento de um sistema de recupereração desta energia desperdiçada, recorrendo ao ciclo de Rankine, com ênfase no desenvolvimento da montagem experimental, na avaliação do desempenho de diferentes geometrias de evaporador e no estudo das incertezas experimentais. Tendo em conta as várias restrições de projeto (compacidade, perda de carga e potência recuperada por unidade de volume) o presente trabalho permitiu identificar a geometria do evaporador mais adequada.

Modelação térmica e hidrodinâmica de condensadores para aplicação em sistema de recuperação de energia térmica de veículos automóveis

A recuperação da energia térmica do escape afigura-se como uma vertente com importância relevante para o aumento da eficiência energética dos motores de combustão interna, tendo benefícios em termos económicos e ambientais. O presente trabalho centra-se no estudo e dimensionamento do condensador a integrar num sistema de ciclo de Rankine, tendo-se optado pela seleção de um permutador de placas do tipo “chevron”. O permutador para efeitos de cálculo é dividido em três zonas distintas: i) pré-arrefecedor; ii) condensador e iii) sub-arrefecedor. O presente estudo apresenta uma revisão bibliográfica alargada para o coeficiente de transferência de calor por convecção e perda de carga associada ao escoamento. Para cada zona do permutador são utilizados três fluidos de trabalho distintos: água, etanol e R245fa. Para o fluido refrigerante considerou-se água. Tendo em conta a revisão bibliográfica efetuada, foram implementados modelos para a perda de carga e para a transferência de calor no permutador, atendendo à seleção do fluido de trabalho e ao fluido refrigerante. Os resultados obtidos permitiram verificar que a utilização do fluido de trabalho água, conduz a um condensador mais compacto. Por último é efetuada a otimização do sistema, mediante alteração da temperatura de funcionamento do permutador. Os resultados permitiram verificar a diminuição da temperatura de saída do fluido refrigerante possibilita: i) uma redução do volume do permutador; ii) uma diminuição da perda de carga associada.