Este trabalho aplicou uma tecnologia alternativa para a obtenção de polpa de acerola pasteurizada com alto valor agregado mediante a aplicação de uma técnica promissora de processamento, o aquecimento ôhmico. O objetivo principal foi estudar essa tecnologia, avaliando sua aplicabilidade no tratamento térmico de alimentos líquidos e também a influência das variáveis de processo sobre a degradação de compostos nutricionais da polpa. Inicialmente, foram determinadas algumas propriedades físicas de polpa de acerola - tais como massa específica, condutividade elétrica, calor específico, difusividade térmica e condutividade térmica - para posterior utilização desses dados em estudos envolvendo a modelagem do processo de aquecimento ôhmico. Os resultados obtidos demonstram que é possível a utilização das propriedades físicas da água, uma vez que os valores encontrados experimentalmente são muito próximos aos valores tabelados para a água pura. Na sequência, um sistema de aquecimento ôhmico em escala de bancada foi projetado, construído e validado. Foi realizada uma avaliação dos parâmetros críticos de processo durante a operação do sistema de aquecimento ôhmico. Após a construção de três células ôhmicas, o aparato desenvolvido tornou-se adequado para a realização de estudos e testes envolvendo o tratamento térmico de polpas de frutas. Em seguida, foram realizados estudos avaliando a degradação da vitamina C, de antocianinas e também perdas de cor em polpa de acerola após o tratamento térmico da mesma pela aplicação do processo de aquecimento ôhmico e aquecimento convencional (aquecimento por transferência de calor em célula encamisada). Nesses estudos foram analisadas diferentes condições de processamento, visando uma maior conservação dos compostos nutricionais. No primeiro estudo, a tecnologia de aquecimento ôhmico foi estudada através de um planejamento fatorial onde o teor de sólidos totais da polpa (2 a 8%) e a tensão (120 a 200 V) do sistema de aquecimento foram as variáveis avaliadas. Ambas variáveis influenciaram significativamente a degradação do ácido ascórbico. A tensão exerceu efeito positivo, ou seja, um aumento da tensão promoveu um aumento da degradação do composto. Por outro lado, a variável teor de sólidos exerceu um efeito negativo sobre a variável de resposta. A comparação com o processo convencional de pasteurização demonstrou que o aquecimento ôhmico, quando realizado com baixos valores de tensão, apresenta valores de degradação ácido ascórbico bastante semelhantes aos do aquecimento convencional. Contudo, altos valores de tensão promoveram uma maior degradação de composto. Este comportamento pode ser explicado pelo aumento de reações eletroquímicas quando elevados gradientes de tensão são utilizados; essas reações catalisam as vias de degradação do ácido ascórbico na presença de oxigênio. No segundo estudo conduzido, foi avaliado o efeito da frequência do campo elétrico (10 a 105 Hz) na degradação do ácido ascórbico e na alteração de cor da polpa de acerola durante o aquecimento ôhmico comparativamente ao aquecimento convencional. Os resultados demonstraram que a utilização de baixa frequência (10 Hz) resultou em maior taxa de degradação de ácido ascórbico e maiores alterações de coloração devido a reações eletroquímicas. O aquecimento ôhmico utilizando frequência acima de 100 Hz e a tecnologia convencional apresentaram taxas de degradação de ácido ascórbico e alterações de cor similares, indicando que acima de 100 Hz as reações eletroquímicas são minimizadas e o principal mecanismo de degradação é a oxidação. O aumento da frequência para valores acima de 100 Hz não afetou a cinética de degradação de ácido ascórbico e as mudanças de cor. Esse comportamento foi observado mesmo em altas frequências onde não há tempo suficiente para a polarização de equilíbrio ser estabelecida e, portanto, as moléculas não são capazes de se reorientar no campo elétrico variando rapidamente. No terceiro estudo, foi investigada a influência da presença de sólidos quando se utiliza diferentes frequências de campo elétrico por meio da comparação da cinética de degradação de ácido ascórbico na polpa e no soro (obtido por centrifugação da polpa). Os resultados mostraram um comportamento distinto da cinética de degradação entre a polpa e o soro na faixa de frequências entre 10 e 1000 Hz, indicando que a presença de partículas sólidas pode afetar tanto as taxas de aquecimento no meio circundante, como também o processo de polarização estimulado pelo campo elétrico oscilante. Os sólidos insolúveis presentes na polpa podem participar de interações que restringem as orientações dipolares, afetando o tempo de relaxamento das moléculas. Estes fenômenos podem ter influenciado a capacidade de doar hidrogênio em reações de oxidação. Por fim, um estudo avaliando o efeito do aquecimento ôhmico e convencional sobre a cinética de degradação de antocianinas monoméricas de polpa de acerola em temperaturas variando de 75 a 90 °C foi conduzido. Os resultados indicaram mecanismos de degradação similares visto que as constantes de velocidade foram estatisticamente semelhantes em todas as temperaturas, os parâmetros termodinâmicos apresentaram valores aproximados para ambas as tecnologias de aquecimento e o valor de energia de ativação para os dois processos foi equivalente. De um modo geral, os resultados obtidos no presente trabalho demonstraram que o aquecimento ôhmico pode ser visto como uma tecnologia potencial para o tratamento térmico dos alimentos que contêm níveis significativos de antocianinas e ácido ascórbico. Para tanto, é necessário a utilização de materiais adequados na confecção dos eletrodos e sensores de temperatura e também a utilização frequências de campo elétrico mais elevadas, para evitar a ocorrência de reações eletroquímicas. Os estudos que avaliaram os efeitos não térmicos associados com a passagem de eletricidade pelo alimento na degradação dos compostos bioativos demonstraram que a utilização de corrente elétrica alternada acima de 100 Hz não influencia na degradação desses compostos. / The aim of the present work was to develop an alternative method for pasteurization of acerola pulp using a promising processing technology: ohmic heating. The main objective was to study this technology, to evaluate its applicability for the heat treatment of liquid foods and also to study the influence of process parameters on the degradation of the nutritional compounds of the pulp. Initially, some physical properties of the acerola pulp - such as density, electrical conductivity, specific heat, thermal diffusivity and thermal conductivity - were determined for subsequent studies aiming to model the ohmic heating process. The results showed that the thermophysical properties of the pulp are close to the thermophysical properties of the pure water. Further, a bench scale ohmic heating system that operates in batch mode, was designed, built and validated. An assessment of the critical process parameters during operation of the ohmic heating system was performed. After the construction of three ohmic cells, the apparatus developed was appropriate to run experiments for the heat treatment of fruit pulps and juices. In addition, studies were conducted to evaluate vitamin C and anthocyanins degradation, as well as loss of color, in acerola pulp after heat treatment by ohmic and conventional heating (heat transfer in jacketed cell). Different processing conditions were investigated to enhance preservation of the nutritional compounds. In the first study, the ohmic heating technology was studied using a Central Composite Rotatable Design in which the variables evaluated were the total solids content of the pulp (2 – 8 g/100g) and the heating voltage (120 – 200 V). Both variables significantly influenced the degradation of ascorbic acid. The voltage gradient had a positive effect, i.e., an increase in the voltage gradient lead to an increase in the ascorbic acid degradation. Moreover, the solids content negatively affected the dependent variable. Ohmic heating, when performed with low voltage gradients, exhibited ascorbic acid degradation similar to conventional heating. However, high voltage gradients increased ascorbic acid degradation. This behavior may be explained by the increase of electrochemical reactions when using high voltage gradients, which can adversely affect the ascorbic acid and catalyze the degradation pathways in the presence of oxygen. In the second study, the effect of the electric field frequency (from 10 to 105 Hz) on ascorbic acid degradation and color changes in acerola pulp during ohmic heating was evaluated and this technology was compared with the conventional heating process. Low electric field frequency (10 Hz) showed higher ascorbic acid degradation and higher color changes probably due to occurrence of electrochemical reaction. Ohmic (above 100 Hz) and conventional heating processes showed similar degradation rates of ascorbic acid. This might be an indication that above 100 Hz the electrochemical reactions were probably minimized and the mainly mechanism of degradation is the oxidation. The increase of the field frequency (above 100 Hz) during ohmic heating did not affect the degradation kinetics of ascorbic acid. This was observed even at high frequencies where the molecules are not able to reorient in the rapidly varying electric field and there is no time for an equilibrium polarization to be established. The third study investigated the influence of the presence of solids when different frequencies were used by comparing the degradation kinetics of the pulp and the serum (obtained by pulp centrifugation). A distinct behavior between the degradation kinetics of the pulp and the serum in the range of frequencies between 10 and 1000 Hz indicates that the presence of solids may have an influence on ascorbic acid degradation. The presence of solid particles might affect both the heating rates in the surrounding medium and the polarization process stimulated by the oscillating electric field. The pulp had insoluble solids which may have participated on bonding interactions that restrict the dipolar orientations affecting the relaxation time of the molecules. These phenomena may have influenced the hydrogendonating capability in oxidation reactions. Finally, a study to evaluate the effect of ohmic and conventional heating on the degradation kinetics of monomeric anthocyanins of acerola pulp at temperatures ranging from 75 to 90 °C was conducted. The results indicate similar mechanisms of degradation when using ohmic and conventional heating since the rate constants were statistically similar in all temperatures evaluated, all thermodynamic parameters showed close values for both heating technologies and ohmic and conventional heating showed the same value of activation energy. Overall ohmic heating can be seen as a potential technology for heat treatment of foods containing significant levels of anthocyanins and ascorbic acid. Therefore, it is importance to use either inert coatings on electrodes and sensors, and high frequency electric currents to control electrochemical reactions. Studies to evaluate the “non-thermal” effects associated with using electricity during a thermal process showed that the passage of alternating electric current through the product (above 100 Hz) did not influence the degradation of bioactive compounds, since comparative results between this technology and conventional heating were similar.

A pasteurização é um reconhecido processo térmico, capaz de garantir a qualidade e segurança microbiológica dos alimentos. No entanto, pode resultar em perdas nutricionais, principalmente a degradação de compostos termossensíveis. O aquecimento ôhmico (OH) foi classificado como uma alternativa potencial à pasteurização, já que pode reduzir contagens microbianas em alimentos, minimizando as alterações nutricionais e organolépticas. Um dos objetivos do presente trabalho foi analisar os efeitos térmicos e não-térmicos da tecnologia OH através de um estudo de cinética de inativação microbiana de Staphylococcus aureus e Escherichia coli em fórmula láctea infantil. A fórmula láctea infantil foi contaminada artificialmente com aproximadamente 108 UFC/ml de S. aureus ou 108 UFC/ml de E. coli. O tratamento térmico foi realizado em diferentes temperaturas (57,5, 60, 65 e 62,5 °C), utilizando o OH e o aquecimento convencional (CV). A cinética de inativação foi avaliada através de um modelo matemático desenvolvido por Geeraerd et al. (2000), o qual permitiu a definição da tolerância térmica de S. aureus e E. coli através dos valores Kmax e D. A comparação dos tratamentos de OH e CV demonstrou que foram observadas diferenças significativas (p < 0,05) para os valores D e Kmax na inativação de S. aureus em todas as temperaturas avaliadas. Ainda, foi observada uma maior eficiência do OH em relação ao tratamento CV, quando comparados os valores de D e Kmax. Esses resultados indicam que, além dos efeitos térmicos, efeitos não-térmicos contribuíram para a inativação microbiana. Em relação à E. coli, foi encontrada diferença significativa nos valores de D e Kmax apenas para a temperatura de 57,5 °C – sendo o aquecimento OH o tratamento mais eficaz, com menor valor D. Em temperaturas superiores, não foi possível observar os efeitos não-térmicos, provavelmente porque os efeitos térmicos foram muito pronunciados, impedindo a mensuração dos efeitos da eletricidade. Além disso, o menor valor D obtido, para ambas as espécies bacterianas, foi na temperatura de 65° C no tratamento por OH, demonstrando inativações bacterianas mais rápidas, o que sugere menores perdas nutricionais e mudanças organolépticas. Dessa forma, o tratamento com OH a 65° C foi identificado como a melhor condição para a pasteurização da fórmula láctea. A segunda etapa desse trabalho teve como objetivo analisar os efeitos dos tratamentos OH e CV na estabilidade da vitamina C, lipídeos totais e proteínas totais em fórmula láctea infantil, quando submetida a diferentes temperaturas (57,5, 60, 62,5 e 65 °C). Foram conduzidos ensaios cinéticos para a avaliação da estabilidade da vitamina C. Os resultados indicaram mecanismos semelhantes de degradação da vitamina C em fórmulas submetidas a ambos os tratamentos (p > 0,05). O teor de proteínas e lipídeos não foram afetados após os tratamentos por OH e CV, em todas as temperaturas avaliadas. Os resultados indicam que os efeitos não-térmicos do OH não afetam a estabilidade de vitamina C, proteínas e lipídeos. Com isso, na última etapa desse trabalho, foram conduzidos estudos com leite humano para avaliar os resultados obtidos com a fórmula láctea. Os resultados obtidos nesse terceiro estudo confirmaram os resultados microbiológicos obtidos com a fórmula láctea. Com relação à parte nutricional, o teor de vitamina C não foi afetado. Contudo, uma maior degradação de proteínas foi observada no leite humano, possivelmente pelo fato deste conter diversas proteínas bioativas termossensíveis, que não estão presentes na fórmula láctea. Em vista disso, pode-se concluir que a pasteurização por OH é efetiva na inativação microbiológica. Devido aos efeitos elétricos, uma maior taxa de inativação é alcançada, diminuindo o tempo de processamento. Com isso, tem-se uma maior preservação dos compostos nutricionais presente no alimento. Esses efeitos não-térmicos não afetam a degradação de compostos nutricionais, sendo estes degradados basicamente pelos efeitos térmicos associados com a aplicação de calor. / Pasteurization is a well-recognized thermal process that guarantees quality and microbiological safety of food. However, it can result in nutritional losses, mainly degradation of thermosensitive compounds. The ohmic heating (OH) was classified as a potential alternative to pasteurization, since it can reduce microbial counts in foods, minimizing nutritional and organoleptic changes. Therefore, one of the objectives of this work was to evaluate the thermal and non-thermal effects associated with the passage of electricity on microbial inactivation kinetics of Staphylococcus aureus and Escherichia coli in infant formula. The infant formula was artificially contaminated with approximately 108 CFU / ml of S. aureus or E. coli. The heat treatment was performed at different temperatures (57.5, 60, 65 and 62.5 °C) using OH and conventional technology (CV), both applied with the same temperature profile. The inactivation kinetics were evaluated using a mathematical model developed by Geeraerd et al. (2000). This model allowed the definition of the thermal tolerance of S. aureus and E. coli through Kmax and D values. For S. aureus, significant differences (p < 0.05) were observed between D and Kmax values of the OH and CV treatment at all temperatures evaluated. These results indicated that in addition to thermal effects, non-thermal effects contributed to microbial inactivation. Regarding E. coli, a significant difference was found between D values only at 57.5 °C. OH heating showed to be the most efficient treatment, with a lower D values. At higher temperatures, it was not possible to observe the non-thermal effects, probably because the thermal effects were very pronounced and superior, preventing the measurement of the effects of electricity. In addition, the lowest D value obtained for both bacterial strains was at 65 °C, indicating that at this temperature the inactivation will be faster, which, in turn, results in lower nutritional losses and organoleptic changes. Thus, the use of ohmic heating technology at 65 °C was pointed out as the best option for human milk pasteurization. The second step of this work was to evaluate the effects of OH and CV treatment on the stability of vitamin C, lipids and total proteins in infant formula when submitted to different temperatures (57.5, 60, 62.5 and 65 °C). Kinetic assays were conducted with similar temperature profiles for both heating treatments. The results indicated similar mechanisms of vitamin C degradation in both treatments (p > 0.05). Protein and lipid contents were not affected after OH and CV treatments at all temperatures evaluated. These results suggest that the non-thermal effects did not influence the stability of the nutritional compounds. Thus, in the last stage of this work, studies with human milk were conducted to evaluate the results obtained with the milk formula. The results obtained in this third study confirmed the microbiological results obtained with the milk formula. Regarding the nutritional part, vitamin C content was not affected. However, greater degradation of proteins has been observed in human milk, possibly because it contains several bioactive proteins that are thermosensitive, which are not present in the infant formula. Overall, it is possible to conclude that OH pasteurization is effective for microbiological inactivation. Due to electrical effects, a higher inactivation rate is achieved, reducing time of exposure to heat. This non-thermal effects did not influence nutritional compounds degradation, which are mainly degraded by thermal effects associated with application of heat.

Este trabalho apresenta uma avaliação de possibilidade técnica e viabilidade econômica de uso de energia solar como alternativa à energia elétrica no aquecimento de banho de neutralização na decapagem de fio máquina de indústria siderúrgica. O trabalho contém o dimensionamento de um sistema utilizando 35 conjuntos de coletores solares de tubo evacuado, totalizando uma área de absorção de 84 m2, além de um tanque térmico, tubulações e acessórios necessários. Para a simulação da economia de energia possível, inicialmente foram obtidos valores de referência de irradiação total e temperatura ambiente a cada hora do ano, inserindo-se a irradiação média mensal e a longitude e latitude do local de interesse no software Radiasol (Krenzinger e Bugs, 2010), desenvolvido na UFRGS. Estes dados foram alocados em uma planilha Excel gerando uma tabela com um total de 3760 linhas. Em seguida foram calculados e inseridos sequencialmente, em cada linha da planilha, os valores de área de coleta, eficiência dos coletores, calor absorvido, potência necessária, acúmulo de energia e temperatura da água no tanque térmico. Por último foi totalizada a energia absorvida ao longo do ano e calculada a economia resultante para diversos valores de custo de kWh. A análise econômica indicou uma taxa anual de retorno do investimento entre 3,19% e 24,7% quando considerado um período de 10 anos. Ressalta-se que além dos fatores técnico e econômico, a viabilização de projetos utilizando energia solar também contribui para disseminar uma nova cultura de aproveitamento energético com benefícios ambientais, na medida em que reduz a emissão de gases efeito estufa, que em grande parte são associados a atividade industrial. Este benefício ambiental resulta na melhoria da imagem da empresa. / This work presents a study of technical and economic viability of using solar energy for heating water of the neutralizations tank in the pickling process of wire rod in one steel mill when compared to the use of electric energy. The work contains the design of a system of 35 sets of evacuated solar collectors, with 84 m2 of absorption area besides the necessary thermic tank, pipes and accessories. The economic evaluation resulted in a return rate between 3,19% and 24,7% when considering 10 years of operation. To simulate the possible saving of energy, the first step was to obtain reference values for total irradiation and local temperature filling in the monthly irradiation average, the longitude and latitude of the site of the project, in the software Radiasol (Krenzinger e Bugs, 2010), developed in UFRGS (Universidade Federal do Rio Grande do Sul). These data were inserted in an Excel spreadsheet generating a table with 3760 lines. After that, in each line of the table, the values of collecting area, collector efficiency, absorbed heat, energy demand, energy build up and temperature in the thermal tank were calculated and inserted. Then, the annual absorbed energy and energy saving were calculated for several values of kWh. The economic analysis indicates an annual return rate between 3,19% and 24,7%, when considered a 10 years period. It is important to highlight that, beyond the technical and economic factors, the implementation of solar energy projects also contributes to disseminate a new culture of energy use with environmental benefits. Among these benefits is the reductions of greenhouse gases that are associated with the industrial activity. This environmental benefit improves the company image.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2562_Dissertação Mestrado - Vitor Luiz Rigoti dos Anjos.pdf: 1998358 bytes, checksum: 1c58b783ac25daca9ee45262215ba725 (MD5) Previous issue date: 2008-07-28 / Tendo em vista a necessidade de transportar óleos pesados produzidos em regiões notoriamente ensolaradas do Brasil (tais como o norte do estado do Espírito Santo e estados da região Nordeste), o aproveitamento da radiação solar incidente como fonte de energia térmica alternativa para aquecimento de oleodutos e tanques de armazenamento terrestres (on-shore) surge como uma solução para a redução da perda de carga induzida no escoamento através da redução da viscosidade do fluido. O presente trabalho apresenta de modo sucinto as etapas de dimensionamento, projeto, construção e teste de um protótipo de concentrador solar parabólico, bem como os resultados experimentais obtidos durante as atividades do projeto como um todo, além de apontar também novas possibilidades de melhoria do sistema para futuras operações. A principal proposta deste trabalho é a otimização do tubo absorvedor do concentrador solar, a fim de aumentar o aproveitamento da radiação incidente. Utilizando configurações distintas de tubos absorvedores instalados sobre o foco do concentrador solar parabólico experimental, o fluido de trabalho é aquecido e, de posse dos dados coletados nos experimentos são feitas as devidas análises para alcançar o objetivo do projeto principal, que é obter uma forma de redução da perda de carga em escoamentos de óleos pesados utilizando a energia solar coletada por um concentrador parabólico.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:36:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6625_Fabio Silveira Castro.pdf: 3800110 bytes, checksum: d2a8afdf2cc016a3adac0a900297bfd8 (MD5) Previous issue date: 2014-02-25 / O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) através do seu Quarto Relatório de Avaliação das Mudanças Climáticas Globais (IPCC-AR4), publicado em 2007, atribui as emissões de gases de efeito estufa como a principal causa do aumento médio das temperaturas e alerta para uma elevação entre 1,8 ºC e 6,4 ºC até 2100, podendo modificar assim a aptidão climática para as culturas agrícolas em diversas regiões do planeta. Diante disso, existe a necessidade de substituição dos combustíveis fósseis por fontes renováveis e limpas de energia, como o etanol. A cana-de-açúcar apresenta-se, portanto, como uma cultura estratégica na produção do etanol. O presente trabalho teve como objetivos: 1) avaliar o desempenho dos Modelos Climáticos Globais (MCGs) do IPCC-AR4 na simulação de dados climáticos de temperatura do ar e precipitação pluviométrica para o período anual e mensal; 2) elaborar o zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar para a América do Sul considerando o clima referência e o futuro para as décadas de 2020, 2050 e 2080 em função do cenário de emissão A1B considerado pessimista e que usa um equilíbrio entre todas as fontes de energia. Para a avaliação do desempenho dos MCGs, foram utilizados dados climáticos médios mensais observados de precipitação e temperatura do ar provenientes do Climatic Research Unit (CRU) e dados simulados oriundos dos 22 MCGs do IPCC (cenário 20c3m) compreendidos entre o período de 1961-1990, além do Multimodel (ensemble) MM que é a média da combinação dos dados de todos os modelos. O desempenho dos MCGs foi avaliado pelos índices estatísticos: desvio padrão, correlação, raiz quadrada da média do quadrado das diferenças centralizadas e o bias dos dados simulados com os observados, que foram representados no diagrama de Taylor. Para a etapa da elaboração do zoneamento agroclimático procedeu-se o cálculo dos balanços hídricos (referência e futuros) da cultura, pelo método de Thornthwaite & Mather (1955). Para o cenário referência, utilizaram-se dados das médias mensais da precipitação e temperatura provenientes do CRU, enquanto que para as projeções futuras, dados provenientes das anomalias do Multimodel (ensemble) MM para as décadas de 2020, 2050 e 2080, que foram ajustados, obtendo-se assim as projeções futuras para cada período analisado. Baseado nos mapas temáticos reclassificados de deficiência hídrica anual, temperatura média anual, excedente hídrico anual e no índice de satisfação das necessidades de água (ISNA), realizou-se uma sobreposição dessas informações obtendo assim, os mapas finais do zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar. Posteriormente ao zoneamento, realizou-se a análise das transições (ganhos, perdas e persistências) entre as classes de aptidão climática da cultura. Os resultados mostram que o Multimodel (ensemble) MM para o período mensal apresenta o melhor desempenho entre os modelos analisados. As áreas inaptas correspondem a maior parte da América do Sul e uma expressiva transição entre as classes de aptidão climática da cultura. PALAVRAS-CHAVE: Aquecimento global. Diagrama de Taylor. Balanço hídrico da cultura. Zoneamento agroclimático. Matriz de transição. Cana-de-açúcar

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:53:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310364.pdf: 5777755 bytes, checksum: 4bb433ebfb378805777b990da22bf97c (MD5) / Em sistemas de refrigeração convencionais, o superaquecimento do fluido refrigerante no interior do compressor é um dos responsáveis pelas perdas globais de energia, aumentando o trabalho de compressão específico e reduzindo a capacidade de refrigeração. Em aplicações de aquecimento por bombas de calor, o superaquecimento também aumenta o trabalho de compressão, mas com um aumento da capacidade de aquecimento específica do sistema, pois a temperatura de entrada do condensador depende da temperatura final de compressão. O presente trabalho apresenta uma nova metodologia de análise dos efeitos do superaquecimento em compressores submetidos a aplicações de bomba de calor, empregando um modelo de simulação térmica do compressor. A partir dos resultados, mostra-se a importância em se avaliar corretamente o COP de aquecimento na escolha de um compressor adequado para esta aplicação. Diferentes configurações de compressores são experimentalmente avaliadas de forma a validar o modelo numérico. As análises experimentais de possíveis soluções mostraram que ganhos de eficiência de aquecimento entre 1,4% e 7,5% podem ser obtidos com o gerenciamento térmico adequado do compressor. O presente trabalho também permitiu o entendimento do comportamento das fontes e sumidouros de calor e sua relação com o ganho de eficiência de aquecimento. Os resultados indicam também que o superaquecimento do gás na sucção devido ao calor gerado no motor elétrico e nos mancais atua no sentido de aumentar a eficiência do compressor aplicado em bombas de calor. / In conventional cooling systems, the refrigerant superheating inside the compressor is largely responsible for overall energy losses, increasing the compression specific work and decreasing the cooling capacity. In heat pump applications, superheating increases both the compression loss and the specific heating capacity of the system, since the condenser inlet temperature is directed related to the final temperature of the compression process. In this work, a new methodology is proposed to analyze the effects of superheating on compressors applied to heat pump applications, by using a model to predict its thermal profile. It is shown the importance of correctly evaluating the COP for heating when selecting a suitable compressor for this application. Different configurations were experimentally tested for the compressor in order to validate the simulation model. An experimental analysis of different solution alternatives has shown that an efficiency increase between 1.4% and 7.5% can be obtained with a well-chosen thermal management alternative. The present study also allowed the understanding of sources and sinks of heat inside the compressor and their relation regarding the increase of heating efficiency. The results indicate that suction superheating due to heat released by both the bearings and the electrical motor act to increase the compressor efficiency in heat pump applications.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:43:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317435.pdf: 5341230 bytes, checksum: b2ca7daaf7a674edad73a5d837540255 (MD5) / A transferência de calor possui um papel de grande importância na eficiência e na confiabilidade de compressores. O objetivo deste trabalho é avaliar experimentalmente a transferência de calor em componentes de um compressor alternativo de refrigeração doméstica durante transientes térmicos que ocorrem na operação do tipo liga/desliga em sistemas de refrigeração. Este estudo é necessário visto que este fenômeno é bem distinto daquele que ocorre na condição de equilíbrio térmico definida em norma para testes de compressores em calorímetros. Medições de temperatura no óleo lubrificante e no fluido refrigerante em alguns pontos do ambiente interno do compressor são também realizadas, a fim de permitir a avaliação de coeficientes locais de transferência de calor. A investigação revelou a presença de diferentes escalas de tempo associadas aos processos de transferência de calor nos diversos componentes durante o transiente térmico. Além disto, observou-se que os escoamentos de óleo lubrificante e de refrigerante induzido pelo mecanismo de acionamento do pistão são responsáveis pela intensificação da troca de calor em diversas regiões do compressor. Notou-se também que o fluxo de calor em algumas regiões é bastante alterado pelo regime de operação cíclico. Por exemplo, a região frontal do muffler de sucção apresenta valores de fluxo médio de calor, nas condições transientes, da ordem de 70% do obtido em regime permanente. Além disto, as temperaturas do óleo lubrificante e do motor na operação cíclica são bem inferiores àquelas de regime permanente.<br> / Abstract : Heat transfer has a major role in the efficiency and reliability of reciprocating compressors adopted in household refrigeration. The objective of this study is to evaluate the heat transfer in several components of the compressor during thermal transients that occurs in the usual on/off operating condition of refrigeration systems. In fact, this is an important aspect since virtually all analyzes consider the condition of thermal equilibrium. Measurements of temperatures in the lubricating oil and in the refrigerant at different locations inside the compressor are also performed to allow the evaluation of local heat transfer coefficients. The investigation revealed the presence of different time scales associated with the heat transfer process in each component during the thermal transient. It has also been observed that the flow of refrigerant and lubricating oil induced by the crankshaft mechanism greatly affect the heat transfer process in different regions of the compressor. As far as the thermal transient is concerned, the heat flux in some regions was seen to be significantly affected by the cyclic operating condition. For instance, mean heat flux on the surface of the suction muffler in the cyclic condition is approximately 70% of that obtained in the thermal equilibrium condition. Moreover, the temperatures of both the lubricating oil and the electric motor in the cyclic condition are significantly smaller than those achieved in the thermal equilibrium condition.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:48:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319259.pdf: 2589205 bytes, checksum: 4fd9672df1bcf55905acc71e9738962f (MD5) Previous issue date: 2013 / Processos de destilação tendem a apresentar dinâmica lenta, o que gera elevados períodos de transição quando o processo é perturbado. Inúmeros estudos são realizados buscando-se implementar uma abordagem adequada à dinâmica do processo visando diminuir estes transientes. Novas estratégias de controle com ação distribuída nos pratos vem sendo proposta em diversos estudos, surgindo como alternativa aos métodos convencionais normalmente utilizados onde o controle é realizado centralizado na base e no topo. Testes já foram realizados em uma unidade experimental com a estratégia de controle distribuído, visando comprovar a minimização de transientes e fazer uma avaliação do gasto energético do processo, onde foram obtidos resultados positivos que viabilizam o método. Neste trabalho se propõe o desenvolvimento de um simulador de coluna de destilação operando com aquecimento distribuído utilizando o software comercial Hysys®. A partir das simulações é possível ter acesso a diversas informações não disponíveis experimentalmente, principalmente no que diz respeito às variáveis internas da coluna. Além disto, diferentemente da planta experimental, a simulação permite implementar uma malha de controle da composição do destilado. Sendo assim, além de comprovar a diminuição dos transientes, a simulação pretende comprovar a manutenção da qualidade dos produtos. Inicialmente foram construídas as simulações em estado estacionário, as quais foram validadas a partir de resultados obtidos experimentalmente na planta piloto. A partir do modelo estático foi desenvolvida a simulação no modo dinâmico, onde inúmeros testes foram realizados para avaliar seu desempenho e a eficiência dos controladores. Após a realização de vários ajustes, chegou-se a um modelo simulado com respostas bastante similares à planta real, a partir do qual foram realizados estudos do desempenho das estratégia de controle quando realizadas perturbações na temperatura e vazão da corrente de alimentação. A abordagem de controle com aquecimento distribuído se mostrou mais eficiente que o controle convencional na rejeição de transientes, sem prejudicar a qualidade do produto de topo. Ao serem comparadas diferentes maneiras de aquecimento distribuído, observou-se que o controle de temperatura do quarto prato é a melhor estratégia em casos de perturbações na temperatura da alimentação, enquanto o aquecimento constante de um estágio da seção retificação ou do prato de alimentação é a melhor forma de rejeitar perturbações na vazão de entrada do processo. <br> / Abstract : Distillation processes tend to have slow dynamics, which generates high transition periods when the process is perturbed. Numerous studies are done to find a suitable approach to the dynamics of the process to reduce these transients and to ensure the economic viability of the process. In previous studies our group proposed a new control strategy with action distributed in stages, unlike conventional methods normally used, where control is performed at the base and the top. An experimental unit was built to conduct tests to study the minimization of transients and make an assessment of energy expenditure, obtaining positive results that enable the process. Aiming to continue this line of research, this paper proposes the development of a distillation column simulator using commercial software Hysys in dynamic mode. From simulations it is possible to access various information not available experimentally, principally the internal variables of the column. Moreover, unlike the experimental plant, the simulation has control of the composition of the distillate. Thus, besides proving the reduction of transient, this simulations intends to investigate the maintenance of product quality. Initially were constructed steady state simulations, which were validated from experimental results in the pilot plant. From the static model was developed the simulation in dynamic mode, in which numerous tests were conducted to evaluate its performance and efficiency of the controllers. After several adjustments are made, the simulations showed results very similar to the real plant, from which studies have been conducted on the performance of the control strategy when made perturbations in temperature and flow rate of the feed stream. The distributed heating is more efficient than the conventional control for rejecting transients without interfering with the top product quality. When comparing different ways of heating distributed, it was observed that the temperature control of the fourth plate is the best strategy in case of disturbances in the feed temperature, while the constant heating of a stage of the rectification section or the feeding dish is best way to reject disturbances in the flow process input.

Made available in DSpace on 2016-01-13T13:26:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-09-02. Added 1 bitstream(s) on 2016-01-13T13:32:06Z : No. of bitstreams: 1 000855350.pdf: 5394081 bytes, checksum: 5f4d040bbbe3297c23997fc77559961e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os fornos contínuos do tipo túnel, dada a sua maior flexibilidade no aquecimento e alta produtividade, tornaram-se a melhor opção para o processamento de produtos alimentícios industrializados. O combustível utilizado nos queimadores é normalmente o gás natural, que apesar das incertezas e oscilações dos custos, vem ganhando espaço na indústria nacional. No presente trabalho foram desenvolvidos diversos modelos físicos tridimensionais - classificados em modelos de testes, de análises paramétricas e de otimização - e utilizados no estudo, modelagem e otimização de fornos alimentícios contínuos do tipo túnel com aquecimento indireto. Utilizou-se o software livre de código aberto OpenFOAM® para a modelagem dos problemas propostos. A geometria e condições operacionais utilizadas foram obtidas junto a uma empresa alimentícia bauruense para o processo de pré-assamento de pizzas. Os efeitos da geometria, malha, condições iniciais e de contorno, algoritmo de acoplamento pressão-velocidade, forças de campo, trocas de calor por radiação através dos modelos fvDOM e view/Factor e modelagem RANS k- E para a turbulência foram avaliados sobre os parâmetros do escoamento. O algoritmo de acoplamento pressão-velocidade mais indicado ao problema proposto é o SIMPLE. A utiilzação do modelo de radição viewFactor mostrou-se mais adequado. As trocas de calor por convecção sobre a esteira mostraram-se pouco significantes em relação as trocas por radiação, demonstrando a importância da correta modelagem desse fenômeno. Testes para diversas geometrias de forno foram realizados. O forno'com menor razão de aspecto geométrico e consequentemente, de menor altura, mostrou-se mais eficiente, embora isto possa provocar, na prática, limitações na sua utilização / Because of the better flexibility in warning and high production, the continuous furnace tunnel is the better option to the processing of industrialized food products. The fuel used in the burners is usually natural gas, which despite the uncertainties and fluctuantions in costs, is becoming more popular in national industry. In this work, several three-dimensional physical models were developed - classified in testing models, parametric analysis and optimization - and used to the study, modeling and optimization of continuous food furnaces of tunnel type with indirect heating. It was chosen the OpenFOAM® opensource software for modeling of proposed problems. The geometry and the operating conditions were based in a bauruense food company to the process of pre-baking of pizzas. The effects of geometry, mesh, initial and boundary conditions, pressure-velocity coupling algorithm, field strengths, radiation heat exchanges using fvDOM and view/Factor, and modeling RANS k - E for turbulence to were evaluated about the flow parameters. The SIMPLE is the most indicated pressure-velocity coupling algorithm to this problem. The use of viewFactor radiation model proved more adequate. The heat exchanges by convection over the treadmill have proved little significant compared the heat exchanges by radiation, demonstrating the importance of correct modeling of this phenomenon. Differents geometries tests were made, and the furnace with the smaller ratio aspect geometric and, consequently, smaller height, showed to be most efficient, although this may result in practice, in limitations in its use

Made available in DSpace on 2015-09-17T15:24:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-10-07. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:47:44Z : No. of bitstreams: 1 000847800.pdf: 5217061 bytes, checksum: d81cf4ffb3e71ef7d7384c5a055cd122 (MD5) / Neste trabalho será apresentado o estudo da preparação de filmes supercondutores do sistema BiSrCaCuO. A partir de um pó adquirido comercialmente com composição nominal Bi 1.8 Pb 0.4 Sr 2 CaCu 2 O x, foi preparado um filme tratado termicamente a 800oC (B12CM800) por 7 minutos. Outro filme usando um pó de composição semelhante, produzido pelo método de Pechini modificado para este fim, foi preparado e tratado termicamente a 810oC (B12SM810) durante 7 minutos em forno de micro-ondas. Também foi produzido pelo método de Pechini, um pó de composição nominal Bi 1.8 Pb 0.4 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x, o qual foi utilizado na preparação de outros três filmes tratados termicamente a 780oC (B23SM780), 810oC (B23SM810) e 840oC (B23SM840), durante 10, 5 e 5 minutos, respectivamente. Os filmes foram crescidos sobre um substrato cristalino de LaAlO 3 (100) e tratados termicamente em um forno de micro-ondas doméstico (2.45 GHz, 1200 W) devidamente adaptado para esta finalidade. As propriedades estruturais foram estudadas utilizando as técnicas de difração de raios-X, DRX, e a microscopia eletrônica de varredura, MEV. A técnica de DRX indicou a formação da fase 2212 nos filmes B12CM800, B12SM810, B23SM780 e B23SM810, assim como o surgimento da fase 2201 e de fases agregadas, Ca 2 PbO 4 e Bi 2 CaO 4 . O filme B23SM840 apresentou, além das fases 2212 e secundárias, também a fase 2223. A técnica de MEV indicou a formação de estruturas na forma de placas crescidas em camadas, típicas do material em estudo, além da formação de estruturas superficiais ricas em Ca em todos os filmes, exceto para o B23SM840, que apresentou apenas a formação de placas. Utilizando a técnica de energia dispersiva de raios-X, EDX, foi possível verificar uma provável composição nominal dos filmes correspondente à fase 2223 para o filme B23SM840 e 2212 para os demais. As medidas elétricas foram feitas utilizando o método de quatro pontas, possibilitando... / In the present work, the preparation of superconducting films of the BSCCO system will be presented. From a commercially available powder with nominal composition Bi 1.8 Pb 0.4 Sr 2 CaCu 2 O x, a film was prepared and heat-treated at 800°C (B12CM800). Powder with a similar composition was produced by the Pechini method modified for this purpose and a film heat-treated at 810oC (B12SM810) was them prepared. Also produced by Pechini method, a powder with nominal composition Bi 1.8 Pb 0.4 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x was used to prepare other three films thermally treated at 780oC (B23SM780), 810oC (B23SM810) and 840oC (B23SM840). The films were grown on crystalline substrates of LaAlO 3 (100) and thermally treated in a domestic microwave oven (2.45 GHz, 1200 W) adapted suitably for this purpose. The structural properties were studied using X-ray diffraction techniques, XRD, and scanning electron microscopy, SEM. The XRD technique indicated the formation of the 2212 phase in the B12CM800, B12SM810, B23SM780 and B23SM810 films, as well as the appearance of the 2201 phase and the following secondary phases: Ca 2 PbO 4 and Bi 2 CaO 4 . The film B23SM840 also indicated the formation of 2223 besides the 2212 phase and aggregates. The SEM technique presented the formation of structures with plate shape, typical of this material, and a superficial formation of structures rich in Ca on all the films, except for the B23SM840 film, which showed only the formation of plates. The energy dispersive X-rays technique, EDX, was carried out to verify a likely nominal composition of the films corresponding to 2223 phase for the B23SM840 film and 2212 phase for the others. The electrical measurements were made using the four-probe method, enabling the identification of the critical transition temperatures, T c, T c-onset, T c- midpoint and T c-offset, also the determination of the critical current density, J c . All films shown a characteristic T c of the 2212 ...