[pt] O duto estudado era composto por duas laterais arco cilíndricas convexas isotérmicas de mesmo raio por uma base plana adiabática. Obteve-se os coeficientes de transporte de calor para convecção forçada em regime laminar deste canal. Para tanto, optou-se pelo emprego do método da analogia de transparência de massa e calor. A técnica recorrida foi a de sublimação de naftaleno, cuja utilização exigiu instrumentos de precisão e condições ambientais controladas. A variação da massa, devido à sublimação, das laterais de naftaleno análogas às superfícies isotérmicas fornecia, juntamente com outros parâmetros, o conhecimento dos coeficientes médios de troca de massa. Estes eram adimensionados como número de sherwood. Apartir dos pontos experimentais encontrados determinou-se a equação do comportamento do número de Sherwood, para perfil não desenvolvido, em função do comprimento adimensional, definido como o inverso do número de Graetz. Aplicada à analogia, chegou-se aos coeficientes médios de transferência de calor, adimensionalizados como número de Nusselt. Em posse destes resultados, fez-se a análise teórico da performance de um coletor solar simulado utilizando o canal em estudo. / [en] The duct analyzed was made up of two cylindrical side walls and anadiabatic base plate. Heat transfer coefficients for forced convection in laminar flow were obtained. The heat and mass transfer analogy method was used by applying the naphtalene sublimation tecnique. The side walls mass change, due to sublimation, supplied the overall mass transfer coefficients. These were stated in dimensionless form as sherwood’s number. An equation giving Sh as a function of the dimensionless length was obtained from the experimental points. The profile was not fully developed. In accordance with the analogy the overall heat transfer coefficients were found. A theoretical study of a solar energy collector employing these duct was made.

[pt] Neste trabalho é feita uma análise teórica e numérica da evaporação não isotérmica de um líquido contido em um recipiente cilíndrico parcialmente cheio, com paredes adiabáticas. Postula-se que a evaporação acontece em presença de convecção natural impulsionada por diferenças de massa específica, associadas com gradientes de temperatura e composição da mistura. Esta consiste de um gás e o vapor do líquido. Embora a formulação seja geral, o presente trabalho focaliza a evaporação de água para o ar. Estudou-se três situações. Um caso isotérmico, variante do clássico problema de difusão de Stefan, um Caso em que a temperatura do líquido é maior do que a temperatura ambiente e um terceiro caso no qual a temperatura do líquido é menor do que a do ambiente. Duas diferentes condições de contorno foram usadas na abertura do recipiente de modo a explorar a sensibilidade do escoamento às condições no topo. A distância entre a superfície do líquido e o topo variou de duas a dez vezes o raio do recipiente. Duas diferenças de temperatura entre o líquido e o ambiente foram investigadas, 3 graus Celsius e - 2 graus Celsius. O ar ambiente foi considerado como sendo muito seco ou muito úmido. Encontrou-se que, quando a temperatura do líquido é maior do que a temperatura ambiente, a taxa de evaporação alcança valores até quatro vezes maiores do que para o caso isotérmico. Para o caso em que a temperatura do líquido é menor do que a temperatura ambiente, a taxa de evaporação decresce para valores até duas vezes menores do que para o caso isotérmico. / [en] This work reports a theoretical and numerical analysis of the non-isothermal evaporation of a liquid contained in a partially filled cylinder vessel, with adiabatic walls. It is assumed that the evaporation occurs in the presence of natural convection driven by differences in specific mass associated with gradient of temperature and mixture composition. The mixture consist of a gas and the vapor of the evaporating liquid. Although the formulation is general, the specific focus of the present work is on the evaporation of water into air. Three situations were studied. An isothermal case, which is a variant of the classical Stefan diffusion problem, a case where the liquid temperature is higher than the ambient temperature, and a third case in which the liquid temperature is lower than the ambient. Two different boundary conditions were used at the openning of the vessel in a way to explore the sensitivity of the flow to the conditions on the top. The distance between the liquid surface and the top of the vessel varied from two to ten times the vessel radius. Two temperature differences between the liquid and the ambient were investigated, 3 degrees Celsius and - 2 degrees Celsius. The environmental air was considered to be either very dry or very wet. It was found that, when the liquid temperature is higher than the ambient temperature, the rate of evaporation can reach values up to four times larges than that for the isothermal case. For the case where the liquid temperature. is lower than the ambient temperature, the rate of evaporation decreases to values down to half of theisothermal case.

[pt] O presente trabalho é um estudo experimental das características de troca de calor e massa de um jato de ar incidindo ortogonalmente sobre uma placa. o estudo tem por objetivo avaliar a influência nos coeficientes de troca da presença de um componente circunferencial na velocidade do jato. Durante os experimentos foram investigadas a influência do número de Reynolds do jato, da distância jato/placa e da intensidade do escoamento espiralado (número de swirl). Os coeficientes de troca foram determinados utilizando-se a técnica de sublimação de naftaleno em conjunto com a analogia entre os provessos de transferência de calor e massa. Coeficientes de troca de massa locais foram determinados utilizando-se uma mesa de coordenadas computadorizada especialmente construída, que permitiu a obtenção de medidas detalhadas tanto na região de estagnação do jato quanto na região mais externa. Coeficientes globais de troca de massa foram obtidos independentemente dos locais através de pesagem. Os resultados demonstraram uma diminuição nos coeficientes de troca de massa do jato com o aumento da intensidade do escoamento espiralado. Visualizações do escoamento junto à placa foram realizadas, utilizando-se a técnica de óleo com o negro de fumo. Os resultados das visualizações demonstraram a existência de regiões de separação junto à fronteira da zona de estagnação. Para altos valores do número de swirl foram verificadas fortes reversões do escoamento na região de estagnação. / [en] The present work is an experimental study of the mass transfer characteristics of a swirling jet impinging on a flat plate. The main objective of the investigation was to determine the influence of a circumferential velocity component (the swirl component) on the local and average mass transfer coefficients at the plate surface. The dimensionless parameters investigated were the jet Reynolds number, the jet-to-plate distance, and the strength of the swirl flow given by the swirl number. Mass transfer coefficients were obtained utilizing the naphthalene sublimation technique. The local coefficients were determined employing a computerized coodinate table which allowed a detailed study of the effects of the presence of the swirl component. Average coefficients were determined independently through precision weighing, and displayed excellent agreement with the integrated local coefficients. The results demonstrated that the presence of the swirl component decreases the mass transfer coefficients, when compared with the non-swirl case. Flow visualization experiments were conducted utilizing the oil-lamp black technique. The results revealed regions of reverse flow at the stagnation zone for high values of the swirl number.

[pt] Uma das características das alternativas consideradas para o desenvolvimento de reatores nucleares com características avançadas de segurança consiste na utilização de resfriamento do vaso de contenção com um fluxo de água vindo de seu topo. Este sistema forma um escoamento de um filme líquido evaporando sobre uma superfície metálica aquecida com ar escoando em contra-corrente. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo analítico e numérico da transferência de calor e massa que ocorre na interface entre o filme líquido e a mistura ar-vapor, neste tipo de escoamento e também em escoamentos co-correntes. Devido à ausência de dados experimentais, o modelo é validado através de comparações com resultados analíticos disponíveis na literatura para situações próximas aos casos de interesse. A influência de diversos parâmetros geométricos e operacionais é analisada e são fornecidos resultados para os números de Nusselt e de Sherwood observados na interface do escoamento das fases. / [en] The design of so called Advanced Nuclear reactors includes many features of passive safety, one of them being a water flow system for cooling the containment vessel. This system generates a counter-current flow pattern with a downward liquid film evaporating over the heated vessel surface and na upward stream of air. This work presents an analytical and numerical model for analysis of heat and mass transfer occuring in the interface formed by water film surfece anda ir-vapor mixture in counter-curent and parallel flows. Due to the lack of experimental data, the model is validated throught comparisons with analytical results found in the flow analysed and the results for Nusselt and Sherwood numbers are presented.

[pt] O objetivo deste trabalho é analisar as transferências de momentum, calor e massa num canal bidimensional inclinado, onde escoam um filme líquido descendente e uma corrente turbulenta de ar de sentido oposto, ou de mesmo sentido oposto, ou de mesmo sentido. O filme líquido, suposto laminar, consiste numa solução fraca, ou degenerada, de trietileno glicol em água. A placa inferior do canal é mantida aquecida numa temperatura uniforme, de modo a facilitar a remoção de água do líquido para a fase gasosa. A corrente de ar deve ser turbulenta, para garantir taxas convenientes da massa de água transferida. Considera-se, não obstante, a possibilidade do ar também escoar liminarmente. A placa superior do canal, ou cobertura é adiabática e ambas as placas são impermeáveis à transferência de água. A parte hidrodinamica do problema é resolvida separadamente. Atribui-se maior importância à determinação dos perfis de temperatura e concentração de águas nas duas fases. Pretende-se que a aparelhagem acima descrita opere como um regenerador da substância líquida higroscópica, tendo este sido previamente usado num secador de ar, em aplicação de fim industrial ou agrícola. A tarefa proposta pelo problema é a simulação das condições operativas do trocador de massa. Como resultado desta simulação, tenciona-se predizer os valores dos coeficientes de transferências de calor e massa, variando amplamente as taxas de escoamento, tanto da fase gasosa, quanto da líquida. Na verdade, diversos pesquisadores têm revelado, nos últimos anos, um grande interesse no estudo de regeneradores do tipo aqui analisado. Toda vez que se tem disponibilidade de energia a temperaturas moderadas e baixo custo, como energia solar ou calor de rejeito industrial, parece indicado regenerar desta forma o desumidificante líquido nas instalações de condicionamento de ar por resfriamento evaporativo. Estabelecidas as equações diferenciais parciais do problema e as condições de contorno pertinentes, elas são resolvidas através de algoritmos obtidos por diferenças finitas, dentro do enfoque de volumes de controle. O procedimento numérico é interativo, usando-se o computador digital na obtenção da solução. Verifica-se que os resultados se mantêm dentro da analogia entre transferência de calor e massa, conforme era esperado. A partir dos resultados, podem-se estabelecer algumas correlações para os principais parâmetros do problema. Propõe-se, por fim, uma metodologia para o projeto do equipamento. Para isto, não é necessário fazer uso direto do método numérico, pois existem algumas poucas equações analíticas, simples, que podem ser facilmente manipuladas num microcomputador ou, até mesmo, numa calculadora eletrônica. Estas equações são deduzidas a partir da aplicação da teoria de penetração ao problema. As correlações dos resultados numéricos são, entretanto, essenciais ao bom emprego da teoria penetração. / [en] The combined momentum, heat and mass transfer is analysed in a two domensional inclined channnel for a countercurrent, or co-current turbulent air strem flowing past a liquid falling film. The film flow, supposed to be laminar, consists of a weak, or co-current tubulent air stream flowing past a liquid falling film. The film flow, supposed to be laminar, consists of a weak, or degenerate, solution of triethylene glycol and water. The film flow, supposed to be laminar, consists of a weak, or degenerate, solution of triethylene glycol and water. The lower plate of the channel is maintained at a constant, relatively high from the liquid to the gas phase. The stream of air is usually turbulent, thus assuring convenient rates of tranferred mass of water. Nevertheless, the possibility of laminar flow in the gas is not avoided. The second plate of the channel is considered as adiabatic and both plates are impervious to water. The hydrodynamic part of the problem is solved separately, and the determination of temperature and concentration of water profiles in the two phases is of major importance. The apparatus above described is intended to be a regenerator of the hygroscopic liquid, previously used in an air dryer, for industrial or agricultural purposes. The tash suggested by the problem is then to simulate the conditions, under which this mass exchanger will operate. Following the simulation, heat and mass transfer coefficientes can be predicted for a large range of flow rates of both gas an liquid phases. In fact, in recent years several investigators have manifested an increasing interest in developing studies of such equipment. In situations where a source of energy at low temperature is freely available, and this is the case of solar energy or industrial rejects, the employment of liquid dehumidifier regenerators is particularly attractive for evaporative cooling air conditioning systems. The partial differential equations of the problem, accompanied by suitable boundary conditions, are solved by a finite difference scheme, based on the volume of control approach. There are iterative procedures involved and solutions is reached in a mainframe computer. The results seem to be in accordance with the expected analoggy between heat and mass transfer. Some correlations are presented for the principal parameters of the problem. Lastly, a methodology is proposed for the design of the equipment. In spite of the complexity of the problem, it is possible to provide the user with a few simple analytic equations, which can be solved in any micro-computer or even in a pocket calculation. Theses equations arise from the employment of the penetration theorym briefly discussed and compared with numerical results. Indubitably, the use of this theory must be in compliance with the previously obtained numerical correlations.

[pt] Um sistema de ar condicionado utilizando energia solar é testado para determinação da energia necessária para a regeneração do TEG (trietileno glicol) e do valor do Coeficiente de Desempenho (C.0.P.). É determinada experimentalmente a influência das variáveis temperatura de regeneração e concentração no valor do C.O.P. São feitas várias experiências para se determinar as condições ótimas de operação do sistema. É também analisada uma correlação para determinação do coeficiente global de transferência de massa (hD AV), como função das vazões de ar e da solução aquosa de trietileno glicol (TEG) nas torres de secagem do ar e regeneração do TEG. / [en] A Solar Air Conditioning System has been tested to determine the energy that is required to regenerate the triethylene glycol so1ution (TEG) and to measure the coefficient of performance (COP). The dependence of the coefficient of performance (COP) on the regeneration temperature and concentration is experimentally determined. Several measurements were performed to determine the optimum operation conditions for the system. This work also analyses a correlation for the mass transfer coefficient (hD AV), as a function of air flow rate and tri-ethylene glycol solution flow rate at the drying tower and the regenerating tower, respectively.

[pt] Investigou-se teórica e experimentalmente o comportamento dos equipamentos de transferência de calor e massa conhecidos como Torre de Resfriamento e Lavador de Ar. Para a torre, analisa-se um modelo de simulação, a partir de equações diferenciais ordinárias obtidas através de balanços de energia e massa em um elemento infinitesimal de volume, baseado em propriedades uniformes em uma mesma seção transversal, sendo, portanto unidimensional. O sistema resultante é resolvido numericamente. Já para o lavador de Ar, obtem-se, através dos mesmos balanços juntamente com a hipótese de temperatura da água constante, uma solução analítica. Montou-se, com o intuito de validação do modelo, um sistema experimental onde os parâmetros de interesse pudessem ser medidos e desta forma comparados com os resultados numéricos. A concordância entre valores foi bastante boa, para a faixa investigada. Este mesmo sistema permitiu que se obtivessem dados reais a respeito da operação tanto da torre como do lavador, e como consequência a determinação do produto coeficiente de transferência de massa pela área de troca (Hd Av), para cada caso. Finalmente, apresentam-se correlações para o cálculo deste parâmetro como função das vazões de ar e da área da seção transversal, as quais podem ser utilizadas em projetos futuros destes equipamentos. / [en] In the present work the cooling tower and the Air Washer were investigated, experimentally and theoretically. The one-dimensional model developed to simulate the cooling tower operation was based on mass and energy balances written for a differential colume. The resulting system of differential equations was solved numerically. For the Air Washer, the energy and mass balances, incorporating the assumption of constant water temperature, led to a system of equations wich was solved analytically. The experiments conducted were aimed at validating the models developed. The experimental results obtained were in very good agreement with the predictions, within the range of parameters investigated. Correlations were developed relating average mass transfer coefficient for the equipments with the water and air flow rates.

[pt] Foi estudado a subida de bolhas de ar formadas diretamente dentro de uma camada de água destilada disposta a baixo de um fluido Newtoniano superior imiscível. Modificou-se as propriedades do fluido superior, obtendo-se seis fluidos diferentes e foi verificado a diferentes e foi verificado a diferença de comportamento de subida da bolha de ai em cada um desses fluidos. Notaram-se três tipos de comportamento durante ascensões em função do tamanho de bolha: a) Bolhas pequenas: ficam retidas algum tempo na interface para subir em seguida sem carregar nenhuma película de água da fase mais densa. Limite: D menor que 3,4 mais ou menos 0,2 mm mais ou menos 0,2 mm. b) Bolhas médias atravessam a interface líquida e carregam uma película da fase mais densa envolvendo a bolha de ar até a superfície livre do líquido superior, que não deve estar a uma altura inferior a 50 D, de maneira que nos assegure estar a superfície livre na faixa de deslocamento permanente. Limite: 3,4 mais ou menos 0,2 mm menor que D menor que 5,5 mais ou menos 0,3 mm c) Bolhas grandes: atravessam a interface e carregam a película até uma certa altura, quando se desprende da bolha de ar. Limite: D maior que 5,5 mais ou menos 0,3 mm Os limites encontrados independiam da viscosidade do meio superior. Para todos os líquidos foram os mesmos. Fixou-se mais objetivamente o estudo sobre os comportamentos b e c, e foi verificada a grande influência que a película de água exerce sobre a bolha. A modificação do valor da viscosidade tem uma influência sobre (a) a forma pela qual as bolhas atravessam a interface; (b) a forma pela qual as bolhas carregam a a película de água e (c) o destacamento entre a bolha e a película de água. Para fluido de lata viscosidade, a passagem é lenta e forma uma coluna líquida que se quebra em gotículas e o destacamento da película de água e suave. Para líquidos de pequena viscosidade o comportamento é oposto. A passagem pela interface é abrupta e o destacamento é violento. As curvas criadas para descrever a altura em que ocorria o desprendimento em relação ao diâmetro das bolhas para cada um dos líquidos superiores estudados, mostram que para um mesmo diâmetro, a diminuição da viscosidade causa um desprendimento a uma altura maior. Para uma mesma viscosidade de (mesmo líquido) o aumento do diâmetro corresponde a uma menor altura de desprendimento entre a bolha de ar e a película de água. As experiências feitas para medir a transferência de massas de água pela bolha de ar permitiram que verificássemos que uma quantidade maior de água é transferida quando o líquido superior tem alta viscosidade. Da mesma maneira o aumento de diâmetro de bolha implica em um aumento de transferência de massa. / [en] The rising of air bubbles released in distilled water beneath na imiscible Newtoniam fluid was studied in an imiscible Newtonian fluid was fluid ws studied in this work. The properties of the upper fluid were modified and rising of the bubble in each of the six different fluids was noted. There were thereee types of behavior witch were a function of the bubbles diameter: a)Small size bubbles: remained temporary ar the interface and then rise upper phase without any perceptible water element envelopping them Limit: D less than 3,4 more or less 0,2 mm b)Medium size bubbles: passes directly through the liquid-liquid interface and now enveloped with a waer layer of variable thikness rise in the upper phase and reach the free surface with the coating intact. The medium size bubbles rise at a distance of over 50D. Limit: 3,4 more or less 0,2 mm less than D less than 5,5 more or less 0,3 mm c)Large size bubbles: passed directly trrough the liquid interface. At a certain height above the interface the water layer datached from the air bubbles. Limit: D more than 5,5 more or less 0,2 mm The critical diameters were found to depend on the viscosity of the upper phase. This study was restrict to cases b and c where the large influence of the envelopping water layer datached from the air bubble. This study was restrict to cases b and c where the large influence of the envelopping water layer over the air bubble was observed. The change of the visconsity value has an influence on : (a) the way in which the bubble and the water layer and; (b) the way in which the bubble lift the the water layer and (c) the detachment between the bubble and the water layer. For fluid of high viscosity, the passage is slow and makes a liquid colimn that breakes into passage is slow and makes a liquid column that breakes into droplets and the detachmenr of the water layer is smooth. For liquid os samall viscosity this transitional behavior is the oppoite. The detachment is violent. The curves which describe the height of detachment as function of the diameter, for each one fo the upper liquids show that: for a given diameter also have a inverse variation. The investigation made to measure the water mass transfer phenomena caused by the bubbles showed that the mass transfer will be larger for the higher viscosity fluides and the larger diameter bubbles.