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Title: Avaliação experimental e computacional da dinâmica dos fluídos de um bioesterilizador para descontaminação ambiental e de pessoas.
Other Titles: Experimental and computational evaluation of the fluid dynamics of a bio-sterilizer for environmental and human decontamination.
Evaluación experimental y computacional de la dinámica de fluidos en un bioesterilizador para la descontaminación ambiental y humana.
???metadata.dc.creator???: GOMES, Olívia Júlia Silva.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: FRANÇA, Kepler Borges.
???metadata.dc.contributor.referee1???: VASCONCELOS, Antonio Carlos Sales.
???metadata.dc.contributor.referee2???: FARIAS NETO, Severino Rodrigues de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: FERREIRA, Licínio Manuel Gando de Azevedo.
???metadata.dc.contributor.referee4???: PAZ, Milton Pombo da.
Keywords: Transferência de calor e massa;Esterilização a vapor;Covid-19;Fluído dinâmica computacional;Heat and mass transfer;Steam sterilization;Computational Fluid Dynamics;Transferencia de calor y masa;Esterilización por vapor;Dinámica de fluidos computacional
Issue Date: 2-Feb-2021
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: GOMES, Olívia Júlia Silva. Avaliação experimental e computacional da dinâmica dos fluídos de um bioesterilizador para descontaminação ambiental e de pessoas. 2021. 70 fl. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2021. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/36339
???metadata.dc.description.resumo???: O Coronavírus, do subgênero Betacoronavírus, foi isolado pela primeira vez na cidade de Wuhan (China), em dezembro de 2019, de um grupo de pacientes apresentando uma pneumonia aguda não reconhecível. A transmissão da doença ligada às infecções por SARS-CoV-2 está associada ao contato com pessoas infectadas através da emissão de fluidos respiratórios, na forma de gotículas. O presente trabalho tem por objetivo avaliar, por métodos experimentais e computacionais, a dinâmica dos fluidos de um bioesterilizador, dispositivo utilizado para a descontaminação ambiental e de pessoas e apresentado como instrumento de combate à transmissão do Covid- 19. Para isso, é proposto desenvolver a arquitetura do sistema de esterilização a vapor; aferir, via sensores digitais de temperatura, o comportamento em estados estacionário e transiente do sistema; elaborar um modelo espacialmente resolvido usando a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para determinar a transferência de calor e massa no interior do volume de controle; validar os gradientes simulados de temperatura por comparação com os dados obtidos experimentalmente; e, por fim, determinar o perfil de velocidade, os gradientes de pressão e a distribuição do vapor no interior da cabine de esterilização. Para a consecução desse objetivo e de seus desdobramentos, é aplicado métodos de experimentação e de simulação computacional. Experimentalmente, emprega-se sensores digitais de temperatura à geometria do dispositivo bioesterilizador (composto por uma cabine e um difusor de vapor), aferidos por tempo e por posição, ao longo de três ensaios em triplicata, em temperaturas diferentes de 40°C, 45°C e 50°C. Computacionalmente, utilizando o software ANSYS Fluent para análise fluidodinâmica. Como passo seguinte, compara- se estatisticamente os dados empíricos e as simulações de temperatura. Como resultado, verifica-se que, dentre os três ensaios realizados, o segundo (atribuição de parâmetro de temperatura de entrada fixado em 45°C) apresenta melhor conforto térmico ao usuário da cabine e garante temperatura média mínima para deterioração 1 das formas microbianas. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que há convergência entre as medidas simuladas de temperatura e suas aferições experimentais no interior da cabine bioesterilizadora, o que valida aquelas primeiras. As diferenças entre as temperaturas medidas e simuladas estão abaixo de 0,4 K, com erro médio inferior a 0,5%, o que está abaixo da precisão do sensor de temperatura. Por fim, este trabalho apresenta uma ferramenta computacional desenvolvida para um esterilizador a vapor capaz de prever a temperatura do fluido e seus gradientes ao longo da geometria e de avaliar a produção e a qualidade do vapor, bem como analisar a distribuição de vapor no mesmo.
Abstract: Coronavirus, of the subgenus Betacoronavirus, was isolated for the first time in the city of Wuhan (China), in December 2019, from a group of patients presenting with an unrecognizable acute pneumonia. The transmission of the disease linked to SARS- CoV-2 infections is associated with contact with infected people through the emission of respiratory fluids, in the form of droplets. The present work aims to evaluate, by experimental and computational methods, the fluid dynamics of a bio-sterilizer, a device used for environmental and human decontamination and presented as an instrument to combat the transmission of Covid-19. For this, it is proposed to develop the architecture of the steam sterilization system; to measure, via digital temperature sensors, the behavior in stationary and transient states of the system; develop a spatially resolved model using Computational Fluid Dynamics (CFD) to determine the transfer of heat and mass within the control volume; validate the simulated temperature gradients by comparison with the data obtained experimentally; and, finally, determine the speed profile, pressure gradients and steam distribution inside the sterilization cabin. To achieve this objective and its consequences, methods of experimentation and computational simulation are applied. Experimentally, digital temperature sensors are used in the geometry of the biosterilizer device (composed of a cabin and a steam diffuser), measured by time and by position, over three tests in triplicate, at temperatures other than 40 °C, 45 °C and 50 °C. Computationally, using ANSYS Fluent software for fluid dynamic analysis. As a next step, empirical data and temperature simulations are compared statistically. As a result, it appears that, among the three tests carried out, the second (assignment of input temperature parameter set at 45 ° C) presents better thermal comfort to the user of the cabin and guarantees a minimum average temperature for the deterioration of microbial forms. From the results obtained, it is concluded that there is a convergence between the simulated temperature measurements and their experimental measurements inside the 1 biosterilizer cabin, which validates the first ones. The differences between the measured and simulated temperatures are below 0.4 K, with an average error of less than 0.5%, which is below the accuracy of the temperature sensor. Finally, this work presents a computational tool developed for a steam sterilizer capable of predicting the temperature of the fluid and its gradients along the geometry and of evaluating the production and quality of the steam, as well as analyzing the distribution of steam in it.
???metadata.dc.description.resumen???: El Coronavirus, del subgénero Betacoronavirus, fue aislado por primera vez en la ciudad de Wuhan (China), en diciembre de 2019, de un grupo de pacientes que presentaban una neumonía aguda irreconocible. La transmisión de la enfermedad relacionada con Las infecciones por SARS-CoV-2 se asocian con el contacto con personas infectadas mediante la emisión de fluidos respiratorios, en forma de gotitas. El presente trabajo tiene como objetivo evaluar, a través de métodos experimentales y computacionales, la dinámica de Fluidos de un bioesterilizador, un dispositivo utilizado para la descontaminación ambiental. y personas y presentado como un instrumento para combatir la transmisión de Covid- 19. Para ello se propone desarrollar la arquitectura del sistema de esterilización. vapor; medir, mediante sensores de temperatura digitales, el comportamiento en estados estacionario y transitorio del sistema; desarrollar un modelo resuelto espacialmente utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD) para determinar la transferencia de calor y masa dentro del volumen de control; validar gradientes simulados temperatura en comparación con datos obtenidos experimentalmente; y por fin, determinar el perfil de velocidad, los gradientes de presión y la distribución del vapor dentro del gabinete de esterilización. Para lograr este objetivo y su Se aplican desarrollos, métodos experimentales y de simulación. computacional. Experimentalmente se utilizan sensores de temperatura digitales. geometría del dispositivo bioesterilizador (compuesto por una cabina y un difusor vapor), medido por tiempo y posición, en tres pruebas por triplicado, en temperaturas diferentes de 40°C, 45°C y 50°C. Computacionalmente, utilizando el Software ANSYS Fluent para análisis fluidodinámico. Como siguiente paso, compare análisis estadístico de datos empíricos y simulaciones de temperatura. Como resultado, parece que, entre las tres pruebas realizadas, la segunda (atribución de El parámetro de temperatura de entrada establecido en 45°C) proporciona un mayor confort. temperatura al usuario de la cabina y garantiza una temperatura media mínima por deterioro 1 de formas microbianas. De los resultados obtenidos se concluye que existe convergencia entre mediciones de temperatura simuladas y sus mediciones experimentos experimentales dentro de la cabina de bioesterilización, que valida los primeros. Las diferencias entre las temperaturas medidas y simuladas son inferiores a 0,4 K, con error promedio inferior al 0,5%, que está por debajo de la precisión del sensor de temperatura. Finalmente, este trabajo presenta una herramienta computacional desarrollada para un Esterilizador de vapor capaz de predecir la temperatura del fluido y sus gradientes. a lo largo de la geometría y evaluar la producción y calidad del vapor, así como analizar la distribución del vapor en él.
Keywords: Transferência de calor e massa
Esterilização a vapor
Covid-19
Fluído dinâmica computacional
Heat and mass transfer
Steam sterilization
Computational Fluid Dynamics
Transferencia de calor y masa
Esterilización por vapor
Dinámica de fluidos computacional
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/36339
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Química

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