[pt] Foi construído um sistema capaz de medir calor específico. O sistema pode ser utilizado de 1,5 a 300 Kelvin dependendo do sensor de temperatura utilizado. Foram desenvolvidos dois tipos de portas-amostras, um para amostras em pó e outro para pequenos cristais. O sistema foi automatizado, calibrado e teve sua performance medida e comparada com a performance atingida antes da automatização. / [en] It was construted a system to measure specif heart. The system can be used from 1,5 to 300 Kelvin depending on the temperature sensor used. It was developed two types of sample holder. One of them for powder samples and the other for small crystals. The system was automatized, calibrated and had its performance measured and compared with the performance reached before the automatization.

[pt] Neste trabalho foi utilizado o método dos volumes de controle para solução das equações de balanço de massa, momentum e energia, relativas ao escoamento de ar através de um canal. Este é formado por duas paredes verticais, planas, paralelas e adiabáticas. A dissipação de calor, através de um elemento retangular isotérmico adjacente a uma das paredes, provoca a convecção natural. O pioneirismo está na utilização da condição de contorno de pressão para a solução de uma equação, que corrige s velocidades neste mesmo contorno, permitindo utilizar as equações de momentum em forma elíptica. É investigado o comportamento do número de Nusselt médio do canal para Rayleigh variando do Ra igual 153 a Ra igual 1223, com o elemento posicionado no início, no meio e no fim do canal, variando-se as aberturas do mesmo. Verifica-se também o comportamento do Nusselt local ao redor do elemento, assim como o campo de velocidade. Foi verificada a existência de uma distancia ótima entre as paredes do canal, para cada valor do número de Rayleigh. Conclui-se, portanto, que a geometria do elemento tem um efeito importante no processo de transferência de calor, não devendo ser desprezada. / [en] The control volume method was used to solve numerically the equations related to mass, momentum and energy balance. Air flows trough a channel formed by two vertical, flat, parallel and adiabatic walls. The natural convection was caused by a retangular Isothermal element attached to one of the walls. The innovation of this work lies in the utilization of the momentum equations in its elliptical form. It was achieved using the pressure boundary condition to solve an equation that corrects the boundary velocity. The variation of the medium Nusselt number was insvestigated from Ra equal 153 to Ra equal 1223, attaching the element in three diferent positions: at the beginning, in the middle, at the end of the channel and varyin the distance between the walls. The local Nusselt number and the velocity Field around the element were also studied. An optimum distance between the walls for each Rayleign number was that the geometry, of the element has a decisive effect on the heat transfer process, and so it must not be neglected.

[pt] O presente trabalho é o estudo de um aquecedor de água para fins domésticos que utiliza energia radiante oriunda do sol, captada por um coletor de forma hemisférica. Na primeira parte do trabalho é feita uma tentativa de avaliação da radiação solar direta e difusa, a partir dos dados de incidência global em superfícies horizontais. A segunda parte trata do projeto do aquecedor, cálculo das perdas de calor no decorrer do processo de aquecimento e a simulação do sistema num computador digital. A terceira e última consta da comparação dos resultados fornecidos pela simulação no computador, com os obtidos durante a experimentação do aparelho e a discussão desses resultados. / [en] This work is a study of a domestic water heater which uses radiant energy from the sun, captured by a hemispherical collector. In the first part of the study, the direc and diffuse solar radiation is evalueted from environmental data. The second part deals with the collecter desing the heat losses involved, and the computer simulation of the overall system. In the third part, experimental results of a prototype system constructed in João Pessoa are compared with the theoretical simulation.

[pt] Analisa-se a resistência térmica da parede de trocadores de calor tipo tubo-placa. Quatro modelos do trocador, imersos em um fluido são considerados; uma placa com tubos paralelos e igualmente espaçados sobre uma das superfícies; dois cilindros ocos, um com tubos uniformemente distribuídos sobre a superfície interna e segundo a direção circunferencial e finalmente uma esfera oca com distribuição paralela e uniforme de tubos sobre a superfície interna. Em todos os casos, a analise baseia-se na existência de fluxo uniforme de calor entre tubo e placa, extendendo-se porém, para a placa plana, a condição de fluxo conectivo. Os resultados mostraram um aumento considerável na resistência térmica da placa quando as razões(largura do tubo/ distancia entre tubos) e/ou (espessura da placa/ distancia entre tubos) diminuem ocasionando um estrangulamento das linhas de fluxo do calor através da placa. Essa resistência mostrouse-se também ser uma função crescente da resistência térmica do fluido externo e da condutividade térmica da placa, e crescer também com o aumento da resistência, obteve-se para os modelos cilíndricos, desvios de até 10 por cento, ao passo que valores até 3 (três) vezes maiores que aqueles foram obtidos para o modelo esférico. Um exemplo típico de uma aplicação sub-ocêanica é feito com o modelo cilíndrico de tubos axiais, usando-se titânio com material da parede do vaso. / [en] The thermeal costriction resisteance in the wall of a tube-plate heat excchanger in analyzed in this study. Four heat exchanger models, are considered; a flat plate with parallel tubes aqual spaced on one of the surfaces; two hollow cylindrs, one with tube uniformaly distributed axially over the inside surface and the other with tubes uniformly distributed circumferencially: and finally a hollow shere with a parallel distribution of tubes uniformly spaced on the inside surface. In each of the geometries it is assumed that the heat flux from the tubes is uniform. In addition, the condition of covective heat transfer from the tubes is considered for the case of the flat plate. The outer surface of the plate is cooled convectively. The results show a considerable increase in the therminal resitance of teh when the ratios (tube midth/tube spacing) and/or ( wall thickness/tube spacing) decreases, giving rise to the pincirg of the lines of heat flux through the plate. This resistance is shown also to be an increasing fuction of the therminal resistance of the fluid that flows in the tubes. Using the results of the rectangular model (flat plate) as a reference, it is found that the resistance for the cylindrical models differs model differs by up to 3 times greater. As an example of the application of the data obtained in this study, a desing of a deep seen cylindrical vessel made of titanium with axially distributed tubes is considered.

[pt] Propomos um hamiltoniano de spin para descrever as propriedades térmicas e magnéticas de uma série de borocarbetos. O efeito do campo elétrico cristalino é aproximado por um campo magnético efetivo.Aplicamos a teoria de onda de spin e encontramos a relação de dispersão e a densidade apenas se desloca rigidamente em energia. A partir destes resultados calculamos a contribuição dos magnons ao calor específico molar com e sem campo magnético externo. O efeito do campo externo, porém é pequeno.A seguir calculamos a magnetização de subrede a T=0K, a qual sofre uma pequena redução devido às flutuações quânticas, em relação ao valor iônico obtido pela regra de Hund. Encontrmos também a magnetização em função da temperatura, com e sem aplicação de campo magnético. Com esse modelo conseguimos descrever bastante bem os dados experimentais de calor específicoda série. / [en] We propose a spin hamiltonian to describe the magnetic and thermal properties of a series of borocarbides. The effect of the crystal electric field is simulated by an effective magnetic field. By applying spin wave theory we have found the dispersion relation and the density of state for the magnos as well. In presence of an external magnetic field this density os state shifts rigidly in energy. From these results we have calculated the magnon contribuition to the molar specific heat without applied magnetic field. the effect of the field, however, is very small. We also have found the sublattice magnetization at T = 0K which is slightly reduced with respect to the ionic value given by the Hund's rule. Then we have calculated the sublattice magnetization as a function of T, both in presence and in absence of the magnetic field. With this model we succed in fitting fairly well the experimental data for the specific heat of the borocarbides series.

[pt] A ocorrência de fluxo crítico de calor – FCC – é o principal fator termo-hidráulico limitante à produção de energia em reatores nucleares do tipo PWR (Reator a Água Pressurizada). O método usual de determinação de FCC é baseado em simulação numérica, utilizando programas como os COBRA, desenvolvidos a partir da análise dos subcanais do núcleo do reator. Esses programas implementam uma correlação, ou função empírica, que interpola os resultados obtidos por simulação experimental, realizada nas Seções de testes – ST-, de forma a obter o FCC numa ampla faixa operacional do reator. Esta dissertação propõe e investiga um método alternativo de determinação de FCC empregando, como correlação, redes neuronais artificiais – RNA. Neste método, as RNA são obtidas a partir de treinamento, utilizando o paradigma de backpropapagation, realizado com o mesmo conjunto de dados experimentais oriundos das STs. / [en] Critical Heat Flux – CHF – occurence is the main thermo-hydraulical factor that restrains the energy produced in Pressurized Water Reactor – PWR – nuclear plants. The usual method of determining CFCH is based upon numerical simulation performed by computer programs such as COBRA, which were developed considering the reactor core sub-channel analysis. These programs implement a correlation, or empirical function, wich interpolates the results obtained through experimental simulation, acocomplished on test sections – TSs – for the sake of obtaining CHF in a wide core operational range. This work investigate and analyze an alternate method of detrmining CHF using, as a correlation, artificial neural networks – ANNs. In this method, the ANNs are obtained through trainning, making use of backpropagation paradigm, against the same experimental data set that came from the TSs.

[pt] O presente trabalho visa desenvolver um sistema de avaliação metrológica de autoclaves, que atenda às normas técnicas vigentes, de baixo custo e acessível a todos Estabelecimentos Assistenciais de Saúde (EAS), visando à validação do processo de esterilização por vapor saturado e a melhoria no controle de infecção hospitalar associada a problemas decorrentes do processo de esterilização. Por meio de uma abordagem matemática, o sistema deverá ser capaz de validar o processo de esterilização, garantindo assim o nível de esterilidade necessário e com isso reduzir as barreiras tecnológicas e financeiras que hoje impedem a garantia da qualidade da esterilização de materiais, sobretudo, em EAS, tanto público como privado. Apesar de instituições como a Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML) externarem sua preocupação no que diz respeito à necessidade do acompanhamento da qualidade das medições realizadas por Equipamentos Eletromédicos (EEM) na fase pós-comercialização, a maioria dos países, entre eles o Brasil, apesar de já terem incorporado algumas recomendações publicadas pela OIML, têm concentrado suas exigências da fase de fabricação ao registro do produto. As iniciativas de calibração e ensaios de EEM dependem da cultura metrológica dos interessados ou na busca de algum tipo de acreditação, para a qual o controle metrológico dos equipamentos vem a ser exigência obrigatória. Aliado à falta de cultura metrológica depara-se com a existência de poucas instituições capacitadas para a realização desta tarefa e com a falta de recursos disponíveis. A exemplo dos EEM, no caso dos esterilizadores por vapor saturado ou autoclaves, existe apenas um único laboratório acreditado junto à Rede Brasileira de Laboratórios de Ensaio (RBLE), acreditado em janeiro de 2008. Utilizando-se dos estudos da esterilização, em particular das autoclaves e da Norma NBR ISO 11134/2001. Foi desenvolvido um sistema destinado à validação metrológica de autoclaves. Este sistema é composto de um Hardware (sensores, sistema de aquisição e computador portátil) e de um software desenvolvido em LabView. Neste sistema os sensores são posicionados no interior da câmara de esterilização, coletando a temperatura ao longo de todo o ciclo de esterilização. Com as temperaturas coletadas, tanto nos estudos de distribuição de temperatura como nos estudos de penetração de calor, foi possível calcular as taxas de letalidade do processo e apresentar os dados estatísticos, que confirmarão a efetividade do processo ou não. Após a realização de testes visando à comprovação do funcionamento do sistema, foi realizado o teste em um equipamento utilizado em um hospital público do Rio de Janeiro. Os testes compreenderam a realização de quatro estudos sendo, dois de distribuição de temperatura e dois de penetração de calor. Foram encontradas algumas limitações decorrentes da necessidade de desenvolvimento de alguns acessórios como, por exemplo, um flange para a utilização do sistema em autoclaves com acesso à câmara através de orifícios laterais, e a necessidade da construção de uma armação articulada para a perfeita disposição dos sensores no interior da câmara. O sistema desenvolvido no presente trabalho contribui para a disseminação da realização da validação do processo de esterilização por vapor saturado, avaliação fundamental para o controle da infecção hospitalar. / [en] The present work aims at developing a system for metrological evaluation of autoclaves in accordance with the standards, having a low cost and being accessible to all the healthcare system, aiming at the validation of the process of sterilization and the improvement of the control of hospital infection. By means of a mathematical approach, the system has to be capable to validate the sterilization process, thus guaranteeing the level of sterility necessary and reducing the technological and financial barriers that today hinder the guarantee of the quality of the sterilization of materials, in public and private health system. Although organizations as the International Organization of Legal Metrology (OIML) recommend the follow-up of the quality of the measurements carried through Medical Electrical Equipment (MEE) in the after-sales phase, the majority of the countries, including Brazil, even though already having incorporated some recommendations published by OIML, have concentrated its requirements on the phase of manufacture and register of the product. The initiatives of calibration and essays of MEE depend on the metrological culture of the interested parties or in the search of some type of accreditation process, for which the metrological control of the equipment is a requirement. Ally to the lack of metrological culture comes across itself with the existence of few institutions enabled to the accomplishment of this task and with the lack of available resources. In the case of the autoclaves, in Brazil, there was only one laboratory accredited in last January. A system destined to the metrological Evaluation of autoclaves was developed. This system is composed by hardware (sensors, system of acquisition and computer) and software, developed in LabView. In this system the sensors are arranged inside of the sterilization chamber, collecting the temperature throughout the sterilization cycle. With the collected temperatures, as much in the studies of distribution of temperature as in the studies of penetration of heat, it is possible to calculate the taxes of lethality of the process and to present the statistical data, that will confirm or not the effectiveness of the process. After the tests aiming at evidencing the correct operation of the system, it has been carried out the test in an equipment used in a public hospital of Rio de Janeiro. The tests consisted of 4 (four) studies, 2 (two) of distribution of temperature and 2 (two) of penetration of heat. Some limitations due to the necessity of development of some accessories have been found, for example, a flange for the use of the system in sterilizers with access to the chamber through lateral orifices, and the necessity of the construction of a articulated scaffolding for the perfect placement of the sensors in the interior of the chamber. The system developed in the present work contributes for the dissemination of the accomplishment of the validation of the process of sterilization for saturated vapor, basic evaluation for the control of the hospital infection.

[pt] Neste trabalho analisam-se perdas de calor para as formações adjacentes a reservatórios de petróleo submetidos a métodos térmicos de recuperação, em especial para os métodos de injeção de vapor e combustão in-situ. O cálculo desta perda usualmente utiliza um modelo unidimensional vertical de condução de calor nos estratos adjacentes, desprezando a condução nas direções paralelas ao reservatório. O objetivo do trabalho consiste em avaliar diversos modelos unidimensionais existentes na literatura e desenvolver e utilizar modelos bidimensionais para verificar a validade da hipótese. Verifica-se que para algumas situações de injeção Cíclica de Vapor e Combustão in-situ o modelo uni-dimensional pode levar a diferenças no campo de temperaturas, mas em geral a aproximação é válida. / [en] In this work the calculation of the heat losses to the surrouinding formations in petrolum reservouis submitted to thermal recovery processes is analyzed. Particular attention is given to steam injection an in-situ combustion methods. The heat losses are commonly modeled by the use of a unidimensional conduction equation in the vertical direction, where the longitudinal conduction is neglected. The aim of thus work is to compare some of the existing unidemnsional models and to test the validity of the simplification by the development and use of bidimensional ones. Its is concluded that for some cases of cyclic steam injection and in-situ combustion the unidimensional approach may result in deviations in the temperature profiles, but in general it is valid.

[pt] Neste trabalho foi feita um análise teórica, da influência da relação densidade-temperatura, nas proximidades da densidade máxima, sobre a transferência de calor por convecção natural. Para este estudo foi considerado o sistema formado por uma esfera isotérmica imersa em água: Usando as simplificações da camada limite e a transformação de similaridade, as equação de conservação de massa, momentum e energia, foram reduzidas a sistemas de duas equações diferencias ordinárias, não lineares, de condições de contorno. Estas equações diferenciais simultâneas as quais descrevem os campos de velocidade e temperatura da superfície da esfera, como da temperatura da água. A solução destas equações dão dois tipos de regimes de fluxo, o primeiro o usual fluxo unidirecional e o segundo o bidirecional no qual existe fluxo inverso. Em ambos regimens a direção do fluxo depende tanto da temperatura da superfície da esfera, como da temperatura da água. O objetivo principal deste estudo foi obter a variação do coeficiente de transmissão de calor, o qual depende tanto da temperatura de superfície da esfera, como da temperatura da água. Tendo em vista que a densidade máxima da água ocorre na temperatura de 3,98 graus Celsius , e a temperatura da esfera de 0 graus Celsius a 35 graus Celsius. Os resultados numéricos foram obtidos com o emprego dos computadores digitais IBM-1130 e /370 do Rio Datacentro da Puc. / [en] In this work a theoretical analysis was made on the influence of the temperature density relationship on natural convetion heat transfer in the region of maximum desity. An Isothermal sphere immersed in water was considered in this study. Using boundary layer simplifications and similarity transformationhs, thecontinity, momentum, and energy equations which are non linear and depend on the boudary conditions. These symultaneous differential equations, which describe the velocity and temperature of the sphere as well as the water. The sotution of these equations gives twotypes of flow regimes; the first, the common unidirectional one., and the second, a bidirectional one, in which there is flow reversal. In both of theases regimes of the sphere and water. The principle objective oh this study was to abtain the variation in the heat transfer coefficient wich is dependent on the velocity field, wich in turn is dependent upo the temperatures of the sphere and water. Since the maximum desity of water occurs at 3,98 Celsius degrees, the temperature of the water in this study was varied between 0 Celsius degrees and 20 Celsius degrees, while the temperature of the sphere was varied between 0 Celsius degrees and 35 Celsius degrees. Numerical results were obtain with the use of the IBM-1130 and 370 computors at Rio Datacentro of PUC.

[pt] A presente dissertação trata do estudo de sistemas de potência baseados em ciclos Rankine orgânicos (ORC – Organic Rankine Cycle) acionados por energia térmica de rejeito. O objetivo é descrever mediante a simulação numérica um ciclo Rankine orgânico, dimensionar os trocadores de calor para o ciclo proposto e aplicar o conceito para sistemas de trigeração. Um modelo termodinâmico simples é apresentado, relacionando as características termodinâmicas do ciclo Rankine orgânico àquelas da corrente com rejeito térmico (como, por exemplo, vazão mássica, capacidade térmica e temperaturas de operação). A seguir, o método de multi-zonas, ou de fronteira móvel, é aplicado aos trocadores de calor do ciclo, condensador e caldeira, para dimensioná-los às condições do efluente de rejeito térmico. Na escolha do tipo de trocador de calor para a caldeira, é feita a distinção quanto à natureza do efluente, se gasoso ou líquido. No primeiro caso empregam-se trocadores de tubo e aleta e, no segundo, trocadores de placas. A solução numérica do sistema de equações algebraicas e obtida através de um programa computacional escrito em FORTRAN. São também estudados novos fluidos de trabalho de menor impacto ambiental e os resultados apresentados fazem uma comparação com fluidos de uso tradicional. As propriedades termodinâmicas e de transporte dos fluidos considerados foram obtidas usando o programa REFPROP 9.0 do NIST. Finalmente, o conceito do ciclo Rankine orgânico é aplicado a sistemas de trigeração, caracterizados pela produção simultânea de eletricidade, aquecimento e refrigeração. / [en] The present dissertation addresses the study of power generation systems based on organic Rankine cycles (ORC) driven by waste thermal energy (heat). A simple thermodynamic model is presented, relating the thermodynamic characteristics of the organic Rankine cycle to those of the waste heat flow (for instance: mass flow, thermal capacity and operation temperatures). Furthermore, the multi-zone, or movable boundary method is applied to the heat exchangers of the cycle, boiler and condenser, in order to size them for the waste heat flow conditions. In choosing the type of heat exchanger for the boiler, the distinction is made on the nature of the waste heat, either gaseous or liquid. New working fluids for the cycle, of less environmental impact, are studied. For the first case, tube and fin heat exchangers are considered, and in the second, plate heat exchangers. Finally, the concept of the organic Rankine cycle is applied to trigeneration systems, characterized by the simultaneous production of electricity, heating and cooling.