Cálculo dos perfis radiais de velocidades e fração volumétrica das fases gás e líquido em uma coluna de bolhas na região de escoamento perfeitamente desenvolvido

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Main Author: Palhares, Pâmela Maria Coimbra, 1995-
Publication Date: 2024
Format: Master thesis
Language: por
Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
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spelling Cálculo dos perfis radiais de velocidades e fração volumétrica das fases gás e líquido em uma coluna de bolhas na região de escoamento perfeitamente desenvolvidoCalculation of radial velocity profiles and volumetric fraction of gas and líquid phases in a bubble column in perfectly developed flow regionModelagemFluidodinâmicaMétodo dos volumes finitosProgramação não-linearModelingComputational fluid dynamicsFinite volume methodNonlinear programmingOrientador: Reginaldo GuirardelloDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Colunas de bolhas, equipamentos muito utilizados na área da engenharia química para processos industriais que envolvem o escoamento de um gás em um meio líquido. As colunas de bolhas podem ser empregadas em processos de absorção física ou química, onde um gás dissolvido entra em contato com um líquido e pode ou não sofrer uma reação no meio líquido. Devido à ampla aplicação desses sistemas em indústrias químicas, petroquímicas, bioquímicas e alimentícias, o entendimento da fluidodinâmica em colunas gás-líquido atrai empresas e pesquisadores. Dentre os sistemas gás-líquido, as colunas de bolhas são uma das mais conhecidas e atrativas devido à sua alta taxa de transferência de calor e massa, à ausência de partes móveis e aos baixos custos operacionais. No entanto, o equipamento proporciona um ambiente fluidodinâmico complexo, que impacta diretamente os perfis globais e locais das velocidades das fases gasosa e líquida, o gás holdup, o regime de escoamento e o tamanho das bolhas. Esses fatores influenciam diretamente o desempenho do processo para o qual a coluna foi proposta. Para esta dissertação, o objetivo foi estudar os perfis fluidodinâmicos em uma coluna de bolha, através da análise de resultados obtidos pela resolução numérica utilizando o método dos volumes finitos e o método do cálculo variacional para resolver a modelagem matemática adotada. Foram utilizados o Excel e o software GAMS para realizar os cálculos das simulações. Os resultados obtidos pelos métodos numéricos foram satisfatórios e consistentes com dados experimentais encontrados na literatura. O modelo de turbulência de ordem zero utilizado para expressar a dispersão líquida mostrou-se adequado, mas modelos mais elaborados, como os modelos k-? e k-?, podem ser considerados em estudos futuros para resolver problemas mais complexosAbstract: Bubble columns are widely used equipment in the field of chemical engineering for industrial processes involving the flow of gas in a liquid medium. These columns can be employed in physical or chemical absorption processes, where a dissolved gas encounters a liquid and may or may not undergo a reaction within the liquid medium. Due to their extensive application in chemical, petrochemical, biochemical, and food industries, the understanding of gas-liquid column fluid dynamics attracts companies and researchers. Among gas-liquid systems, bubble columns are well-known and attractive due to their high heat and mass transfer rates, absence of moving parts, and low operational costs. However, these columns create a complex fluid dynamic environment, directly impacting the global and local profiles of gas and liquid phase velocities, gas holdup, flow regime, and bubble size. These factors directly influence the performance of the intended process for the column. The objective of this dissertation was to study fluid dynamic profiles in a bubble column by analyzing results obtained through numerical resolution using the finite volume method and the variational principle to solve the adopted mathematical modeling. The simulations were performed using Excel and GAMS software. The results obtained through numerical methods were satisfactory and consistent with experimental data found in the literature. The zero-order turbulence model used to express liquid dispersion proved adequate, but more elaborate models such as k-? and k-? may be considered in future studies to address more complex problemsAbertoMestradoEngenharia QuímicaMestra em Engenharia QuímicaCNPQ142731/2019-6[s.n.]Guirardello, Reginaldo, 1961-Maciel Filho, RubensPaiva, Jose Luis deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPalhares, Pâmela Maria Coimbra, 1995-20242024-04-26T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (120 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/21639PALHARES, Pâmela Maria Coimbra. Cálculo dos perfis radiais de velocidades e fração volumétrica das fases gás e líquido em uma coluna de bolhas na região de escoamento perfeitamente desenvolvido. 2024. 1 recurso online (120 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/21639. Acesso em: 29 set. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1402006https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1402006Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1402006Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2025-08-06T18:13:41Zoai::1402006Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2025-08-06T18:13:41Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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