Uma contribuição experimental aos fundamentos da propagação de uma frente de combustão em meio poroso

A propagação de uma frente de combustão ocorre numa variedade de situações e para diferentes propósitos industriais. O desempenho desses processos precisa melhorar e ao mesmo tempo reduzir os níveis de emissões para atender às normas de emissões internacionais. Para isso é necessário um certo grau de conhecimento tanto do processo como dos fenômenos da combustão. Em todos as situações envolvendo a combustão, a propagação é iniciada por uma fonte de calor e, após a ignição do combustível, a frente de combustão alcança o combustível adjacente. Estudos anteriores mostraram a ignição e propagação de uma frente de combustão como um fenômeno complexo que depende de processos químicos, térmicos e físicos. O presente trabalho abordou os desafios encontrados durante uma abordagem empírica para análise da propagação de uma frente de combustão em leito fixo. A partir da utilização de combustíveis simulados foram analisados: a influência da composição do combustível no comportamento da ignição do mesmo, as características da propagação da frente de combustão (regime de combustão, retração do leito e estrutura da frente) e a influência da ignição do combustível na propagação da frente de combustão. Foi possível realizar um mapeamento, para diferentes composições, do comportamento da ignição de combustíveis sólidos. A partir dos resultados de propagação da frente verificou-se que ocorrem basicamente três estágios de combustão no leito: ignição, propagação e oxidação do carbono fixo remanescente. Através das análises de gás notou-se a existência de dois regimes de combustão no leito: limitada pela reação e limitada pelo oxigênio. Foi obtido que em leitos com alta porcentagem de material inerte, onde há maior estabilidade, há uma maior influência da ignição na frente de combustão. Assim, mostrou-se como esses conhecimentos são úteis em diversas aplicações e processos industriais.

Análise da injectabilidade do grout variando o meio poroso ao longo do escoamento

O envelhecimento do património edificado que constitui a maioria dos centros históricos e urbanos, não só em Portugal, como em toda a Europa, é uma realidade. Parcela significativa destes edifícios é constituída por paredes de alvenaria de pedra em mau estado de conservação. A necessidade crescente de intervenção no sentido de optimizar as respectivas condições de segurança destes edifícios é por isso prioritária. Uma das técnicas mais comuns, usadas na consolidação de alvenarias antigas e elementos arquitectónicos danificados, é a injecção de grouts. A utilização desta técnica tem como finalidade, não só o preenchimento de vazios existentes, de modo a aumentar a compacidade e resistência mecânica do núcleo da estrutura, mas também a criação de uma boa ligação com os panos exteriores, permitindo que a alvenaria recupere o seu comportamento monolítico. No entanto, é necessário ter em consideração, antes de qualquer intervenção de reabilitação, a compatibilidade entre os materiais originais e os materiais utilizados na intervenção. Deste modo, optou-se pela utilização de um ligante, cuja as propriedades mecânicas, físicas e químicas mais se assemelham aos materiais originais em alvenarias antigas, caso da cal hidráulica. Outro aspecto de grande importância a ter em conta, na injecção de grouts, é o poder de penetração da mistura. Assim, a necessidade de avaliação da eficiência da injecção em diferentes meios porosos conduziu à criação de modelos com diferentes composições que simulassem, com a maior fiabilidade possível, meios porosos encontrados no pano interior de alvenarias antigas. O presente trabalho incide principalmente na realização de ensaios de injecção, tendo como objectivo a análise da influência da variabilidade do meio poroso ao longo da altura de injecção de grout. Foram ainda realizados, de modo a avaliar a qualidade destas injecções, ensaios de velocidade de propagação de ultra-sons, assim como, a utilização da técnica de tomografia ultra-sónica. A combinação deste ensaio e técnica de análise não-destrutivas revelou-se de grande utilidade na avaliação da morfologia interna dos modelos criados. De forma a conhecer as resistências mecânicas e as respectivas relações com a qualidade de injecção dos meios porosos, realizaram-se ensaios de resistência à tracção por compressão diametral (também designados por Splitting Tensile Strength Test). Por fim, na última parte deste trabalho, de modo a simular os testes de injecção realizados anteriormente em laboratório, foi usado um modelo analítico tendo como ponto de partida a teoria de fluxo laminar viscoso através de meios porosos, com base na lei de Darcy.

Aplicação de ultrassons no deslocamento de petróleo em meio poroso

The objective of this study was to evaluate the displacement of petroleum/diesel solutions, at different concentrations, observing the effect of ultrasonic vibrations in fluids present in porous media to obtain an increase in oil production. The bubbles produced by ultrasound implode asymmetrically in the rock, generating liquid jets with high speed, displacing the oil present in porous media. The oil/diesel solutions were prepared with concentrations ranging from 20 g/L to 720 g/L in oil in relation to diesel and its viscosities were obtained in a Brookfield Rheometer RS2000, with temperature ranging from 25 to 55 °C. After, calculations were performed to obtain the activation energy data for oil/diesel solutions. For oil recovery experiments, cylindrical samples of porous rock (core samples), with resin around the perimeter and its two circular bases free to allow the passage of fluids, were first saturated with 2% KCl solution and after with oil solutions. The results of oil extraction were satisfactory for all studied solutions, being obtained up to 68% partial displacement with saline solution injection. The ultrasound system was used after saline injection, increasing oil displacement, with oil extractions ranging from 63% to 79%. During the experiments, it was observed the warming of core samples, helping to reduce the viscosity of more concentrated systems, and consequently enhancing the percentage of advanced recovery for all studied solutions

Entendendo as propriedades do arenito Botucatu e sua utilização como meio poroso para estudos envolvendo o deslocamento de fluidos poliméricos

The development of products whose purpose is to promote blockages in high permeability zones as well as to control the hydrate or scale formation also needs some tests in porous media before using the product in the field, where attempts and unavoidable operational errors costs would able to derail any projects. The aim of this study was to analyze and compare the Botucatu and Berea sandstones properties, involving problems related to loss permeability. It was observed that even cores of Berea, without expansible clays in their composition had their permeability reduced, as soon as the salinity of brine reached a lower limit. As expected, the same happened with the Botucatu sandstone samples, however, in this case, the sensitivity to low salinity was more pronounced. In a second phase, the research was focused on the Botucatu Sandstone behavior front of dilute polymer solutions injection, checking the main relationships between the Rock / Fluid interactions, considering the Mobility Reduction, Resistance and Residual Resistance Factors, as well as adsorption/desorption processes of these polymers, and the polymer molecules average size and porous sandstone average size ratio. The results for both phases showed a real feasibility of using the Botucatu sandstone in laboratory tests whose objective is the displacement of fluids through porous media

Simulação de Fluxo no Meio Poroso Utilizando o Fluent

The complexity of the Phenomenon of fluid flow in porous way causes a difficulty in its explicit description. Different in the cases where the flow is given through a pipe, where it is possible to measure the length and diameter of the pipe and to determine their ability to flow as a function of pressure, which is a complicated task in porous way. However, we try to approach clearly the equations used to conjecture the behavior of fluid flow in porous way. We made use of the Gambit to create a fractal geometry with the fluent we give the contour´s conditions we would want to analyze the data. The triangular mesh was created; it makes interactions with the discs of different rays, as barriers putted in the geometry. This work presents the results of a simulation with a flow of viscous fluids (oilliquid). The oil flows in a porous way constructed in 2D. The behavior evaluation of the fluid flow inside the porous way was realized with graphics, images and numerical results used for different datas analysis. The study was aimed in relation at the behavior of permeability (k) for different fractal dimensions. Taking into account the preservation of porosity and increasing the fractal distribution of the discs. The results showed that k decreases when we increase the numbers of discs, although the porosity is the same for all generations of the first simulation, in other words, the permeability decreases when we increase the fractality. Well, there are strong turbulence in the flow each time we increase the number of discs and this hinders the passage of the same to the exit. These results permitted to put in evidence how the permeability (k) is affected in a porous way with obstacles distributed in a diversified form. We also note that k decreases when we increase the pressure variation (P) within geometry. So, in front of the results and the absence of bibliographic subsidies about other theories, the work realized here can possibly by considered the unpublished form to explain and reflect on how the permeability is changed when increasing the fractal dimension in a porous way

Análise de parâmetros adimensionais num escoamento em meio poroso visando a deformação de elementos cerâmicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise da eficácia de um refrigerador doméstico com condensador modificado: revestimento com meio poroso dissipativo

The development of home refrigerators generally are compact and economic reasons for using simplified configuration. The thermodynamic coefficient of performance ( COP ) is limited mainly in the condenser design for reasons of size and arrangement ( layout ) of the project ( design ) and climatic characteristics of the region where it will operate. It is noteworthy that this latter limitation is very significant when it comes to a country of continental size like Brazil with diverse climatic conditions. The COP of the cycle depends crucially on the ability of heat dissipated in the condenser. So in hot climates like the northeast, north, and west-central dispel ability is highly attenuated compared to the south and southeast regions with tropical or subtropical climates when compared with other regions. The dissipation in compact capacitors for applications in domestic refrigeration has been the focus of several studies, that due to its impact on reducing costs and power consumption, and better use of the space occupied by the components of refrigeration systems. This space should be kept to a minimum to allow an increase in the useful storage volume of refrigerator without changing the external dimensions of the product. Due to its low cost manufacturing, wire on tube condensers continue to be the most advantageous option for domestic refrigeration. Traditionally, these heat exchangers are designed to operate under natural convection. Not always, the benefits of greater compactness of capacitors for forced outweigh the burden of pumping air through the external heat exchanger. In this work we propose an improvement in convective condenser changing it to a transfer mechanism combined in series with conductive pipes and wire to a moist convective porous medium and the porous medium to the environment. The porous media used in the coating was composed of a gypsum plaster impregnated fiber about a mesh of natural cellulosic molded tubular wire mesh about the original structure of the condenser , and then dried and calcined to greater adherence and increased porosity. The proposed configuration was installed in domestic refrigeration system ( trough ) and tested under the same conditions of the original configuration . Was also evaluated in the dry condition and humidified drip water under natural and forced with an electro - fan ( fan coil ) convection. Assays were performed for the same 134- refrigerant charge e under the same thermal cooling load. The performance was evaluated in various configurations, showing an improvement of about 72 % compared with the original configuration proposed in humidification and natural convection.

Fluxo de fluído através de um meio poroso fractal desordenado. Análise das tensões de cisalhamento e efeito de escala na estimativa das forças viscosas

In this work we have investigated some aspects of the two-dimensional flow of a viscous Newtonian fluid through a disordered porous medium modeled by a random fractal system similar to the Sierpinski carpet. This fractal is formed by obstacles of various sizes, whose distribution function follows a power law. They are randomly disposed in a rectangular channel. The velocity field and other details of fluid dynamics are obtained by solving numerically of the Navier-Stokes and continuity equations at the pore level, where occurs actually the flow of fluids in porous media. The results of numerical simulations allowed us to analyze the distribution of shear stresses developed in the solid-fluid interfaces, and find algebraic relations between the viscous forces or of friction with the geometric parameters of the model, including its fractal dimension. Based on the numerical results, we proposed scaling relations involving the relevant parameters of the phenomenon, allowing quantifying the fractions of these forces with respect to size classes of obstacles. Finally, it was also possible to make inferences about the fluctuations in the form of the distribution of viscous stresses developed on the surface of obstacles.

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.

Simulação numérica da interação de ondas com um quebra-mar poroso utilizando o código OpenFoam

O principal objetivo desta dissertação é explorar o potencial do código OpenFoam, no estudo de problemas de engenharia costeira, mais especificamente a interação de ondas com quebra-mares porosos. Neste sentido, inicialmente é realizada a validação do código numérico porousInterFoam, onde é estudada a dependência de malha e de modelos de turbulência. Conclui-se que os resultados numéricos obtidos apresentam uma boa correlação com os experimentais. Em seguida é feita uma comparação com outros códigos numéricos, nomeadamente o porousWaveFoam e o IHFOAM onde se verificam resultados idênticos. Por fim, é realizada uma simulação através do porousWaveFoam, da interação de uma onda regular com um quebra-mar poroso, e conclui-se, comparando os resultados obtidos com os resultados dos ensaios experimentais no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), que a elevação da superfície livre é bem modelada.

Estudo numérico da interação de ondas com um quebra-mar poroso utilizando o código IHFOAM

A presente dissertação tem como principal objetivo a validação da ferramenta IHFOAM do código OpenFOAM para problemas de interação de ondas com estruturas costeiras porosas, concretamente a interação de ondas com o quebra-mar poente do porto de pesca de Albufeira. Numa primeira parte deste trabalho analisa-se o comportamento do código com malhas de diferentes tipos, mais especificamente, estuda-se os efeitos sobre o escoamento de uma malha não estruturada no meio poroso em relação a uma malha estruturada. Isto é de extrema importância, devido ao tempo dispensado na construção de uma malha estruturada com elementos rectangulares. É ainda estudada a dependência da simulação numérica com o modelo de turbulência. O estudo mostra que os efeitos dos diferentes tipos de malha na zona porosa influenciam pouco o escoamento, sendo aceitável o recurso a malhas não estruturadas na zona porosa, em contraste com a escolha do modelo de turbulência que se mostra muito importante para a simulação. Numa segunda parte, são calibrados os parâmetros do meio poroso usados pelo modelo numérico. Apresenta-se o método utilizado para a calibração dos parâmetros e são estudados os seus efeitos sobre o comportamento hidráulico da estrutura. O estudo é realizado com duas alturas de ondas, uma altura de onda que não gera galgamento e uma altura de onda que gera galgamento. Foram colocadas várias sondas numéricas ao longo de um canal de ondas que medem a elevação de superfície livre simulada. Para os ensaios com galgamento, mediu-se a altura da água galgada e o volume galgado, podendo-se assim estudar os efeitos dos parâmetros do meio poroso do quebra-mar sobre o galgamento. A calibração sequencial dos parâmetros mostrou-se muito eficaz, gerando resultados muito bons. Ao longo do estudo entende-se a forte dependência do comportamento hidrodinâmico da estrutura, dos parâmetros e a necessidade de os calibrar, para cada caso estudado. Conclui-se que o IHFOAM é muito interessante para o estudo numérico de interação de onda-estrutura porosa, obtendo resultados satisfatórios para a superfície livre dentro e fora do quebra-mar. O galgamento, sendo um processo muito rápido, foi razoavelmente simulado e captado pelo código.

Parametrização do transporte dispersivo de solutos em solos estruturados: heterogeneidade do meio, percurso de transporte e modelagem

O transporte dispersivo de solutos no solo é parametrizado por meio de equações difusivas e de modelos que partem da existência de uma relação de causalidade entre as características físicas do meio poroso, da sua condição de umidade e da manifestação macroscópica do processo nele ocorrente. A validade dessa proposição, como critério na elaboração de modelos dos processos que governam o transporte de solutos no solo, é discutida heuristicamente. Com base em índices obtidos a partir de uma análise de momentos de curvas de avanço (BTCs), é possível avaliar objetivamente o vínculo que as características do sistema estabelecem com o atendimento do pressuposto do equilíbrio local e, assim, com o sucesso ou não da adoção de uma abordagem de modelagem. Assim, BTCs assimétricas nada mais são do que a manifestação macroscópica de um processo incompleto, e o alcance de uma distribuição simétrica da concentração de solutos só pode ser garantido com a adoção de um "comprimento mínimo de mistura".

Filtros de areia aplicados à irrigação localizada: teoria e prática

The application of sand filters in localized irrigation systems is recommended in the presence of organic and algae contamination. The proper design and maintenance of these equipments are essential to assure an effective water quality control, in order to reduce the emitters clogging, to keep its water application uniformity, and to prevent increasing in the system operation costs. Despite the existence of some references about design, operation and maintenance of these filters, they are dispersed, with not enough details to guarantee the optimization of its hydraulics structure design and the proper selection of porous media to be used. Therefore, the objective of this work was to report a current literature review, relating practical information with scientific knowledge. The content of this review would help to induce and intensify the research on this subject and to contribute so the operational functions for the equipment are reached. It is also expected to assist the improvement of the filtration and flushing processes in the agricultural irrigation and the development of original design procedures and the rational use of these devices.

Produção de alface hidropônica em três ambientes de cultivo

It was proposed to evaluate the hydroponic lettuce production, variety Vera, on inclined benches with channels of 100 mm, and Nutrient Film Technique, as answer to carbon dioxide application and evaporative cooling. There were five cycles of cultivation from March, 20th to April, 17th (C1); from May, 25th to June, 29th (C2); from July, 13th to August, 20th (C3); from August, 27th to October, 10th (C4); from December, 12th to January, 10th (C5). In three greenhouses were tested the following systems: (A1) without evaporative cooling air CO2 aerial injection, (A2) with CO2 aerial injection and without evaporative cooling and (A3) with CO2 aerial injection and pad-fan evaporative cooling system. The fresh and dry mass of leaves in grams, number of leaves and leaf area in square millimeter were evaluated. The completely randomized statistical analysis was used. The cycle C1 were used 48 replications, for cycles C2, C3 and C5 were used 64 replications and C5 were used 24 replications. The results showed that greenhouse with evaporative cooling system and CO2 allow better development and greater lettuce yield. It was possible to conclude that the aerial injection of CO2, in the absence of evaporative cooling system, did not lead increasing the lettuce productivity to most cycles. Bigger lettuce leaf areas were found in periods with higher temperatures.

Capela do Senhor da Pedra: diagonóstico e proposta de tratamento da pedra

Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente