Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T05:28:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 279414.pdf: 17045019 bytes, checksum: 88b3badc24facdedabb37312bffaedb2 (MD5) / Atualmente existem dois metodos de inspeçao termografica: termografia passiva e termografia ativa. Enquanto na termografia ativa, uma estimulaçao externa é usada para provocar um fuxo de calor interno no objeto, na termografia passiva nenhuma estimulaçao é usada. No presente trabalho, investiga-se a aplicaçao da termografia ativa para detectar e caracterizar defeitos internos em materiais ceramicos. Para tal proposito, é analisado o comportamento térmico do material ao ser exposto a diferentes regimes de resfriamento. Uma formulaçao numerica é proposta para simular o processo térmico, consistindo na soluçao da equaçao da energia em regime transiente e 3D, usando volumes finitos, permitindo desta forma o estudo do fenomeno de difusao interna de calor e as transferencias por conveccao e radiaçao com o ambiente externo. As simulaçoes foram realizadas variando diferentes parametros, tais como a profundidade e diametro dos defeitos, localizaçao e propriedades termofisicas. Os mapas termicos das superficies em questao foram comparados com mediçoes feitas em laboratorio utilizando uma camara infravermelha. As mediçoes foram realizadas em tijolos ceramicos maciços. Parametros de detecçao como o Contraste Termico Absoluto e o Contraste Termico Standard foram utilizados. Este ultimo mostrou melhor nivel de detecçao, decorrente da eliminaçao das interferencias do ambiente externo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T06:45:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 279948.pdf: 1756821 bytes, checksum: 1c5b98b3aa2dabd64fe3efc52a077040 (MD5) / O objetivo no presente trabalho é o de analisar em laboratório, sob aceleração da gravidade terrestre, g=9,8 m/s², o comportamento da ebulição nucleada subresfriada do n-Pentano, com e sem confinamento. As condições termodinâmicas de teste são próximas daquelas em que será testada a câmara de ebulição do presente estudo, sob microgravida-de, g ? 10-6 m/s², em um vôo do foguete suborbital VSB-30, pelo Pro-grama Microgravidade, gerenciado pela Agência Espacial Brasileira (AEB), cujo lançamento, previsto inicialmente para setembro de 2009, foi adiado para o corrente ano. Foram analisados os coeficientes de transferência de calor para a ebulição nucleada em condições específicas de nível de confinamento e temperatura inicial do fluido, para intervalo de tempo de 360 s, mesma duração do experimento em microgravidade. Uma particularidade do presente estudo é a variação de pressão da câmara de ebulição durante os testes. A seção de teste é um disco de cobre de 12 mm de diâmetro com a superfície aquecida de face voltada para baixo. O nível de confi-namento do líquido que ocupa o espaço próximo à seção de teste é ca-racterizado pela distância s entre o disco aquecido e o fundo da câmara de ebulição. Foram testados quatro valores de s: dois que representam uma condição confinada (s = 0,3 e 0,9 mm) e outros dois para condições não confinadas (s = 10,4 e 11 mm). Os fluxos de calor empregados po-dem ser considerados baixos e moderados (q"? 60 kW/m²). Os resultados mostraram uma queda do coeficiente de transferên-cia de calor quando se reduz s. Comportamento semelhante foi observa-do quando há uma redução da temperatura inicial do líquido no interior da câmara de ebulição, mantido o nível de confinamento. Os resultados experimentais foram comparados por duas correlações empíricas basea-das em grupos adimensionais, para os casos com e sem confinamento. Uma explicação dos mecanismos importantes durante a ebulição nucle-ada subresfriada e a visualização por meio de fotografias do fenômeno de ebulição também são apresentadas.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T14:29:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 289276.pdf: 11639305 bytes, checksum: 1d310856c6ae5f84e035214fce2b1666 (MD5) / O desenvolvimento de novas tecnologias, associado a uma minimização dos custos de fabricação e instalação, necessita de uma dissipação de densidades de fluxos de calor cada vez maiores. A transferência de calor associada à mudança de fase continua sendo objeto atual de estudo, em função dos elevados coeficientes de transferência de calor, com aplicações na refrigeração de componentes eletrônicos ou no princípio de funcionamento de diversos sistemas de conversão de energia que possam depender da eficiência do evaporador. No caso da ebulição nucleada confinada faz-se necessário um estudo mais aprofundado, a fim de aperfeiçoar sua utilização como técnica de intensificação e também minimizar os riscos que o confinamento implica quando é imposto pelo projeto, pois pode ocasionar problemas vinculados ao desencadeamento prematuro do fluxo crítico, o qual representa o limite de operação do sistema no regime de ebulição nucleada. Este trabalho tem como objetivo estudar os mecanismos envolvidos na ebulição nucleada, e assim, quantificar o efeito dos principais parâmetros que influenciam a ebulição nucleada confinada. A fim de analisar o regime de ebulição confinada e não confinada, foram realizados testes para fluxos de calor que correspondem à ebulição nucleada, para o fluido n-Pentano, à temperatura de saturação e pressão de 1bar. Diferentes graus de confinamento foram estudados (0,1mm ? s ? 13mm). Foram utilizadas três seções de testes a fim de analisar o tratamento e o diâmetro da superfície aquecida. Os resultados experimentais para o coeficiente de transferência de calor foram comparados com os valores previstos por correlações da literatura e uma visualização do fenômeno de ebulição permitiu melhor compreensão do comportamento das bolhas de vapor nos diferentes graus de confinamento. Através dos dados experimentais foram desenvolvidas duas correlações empíricas baseadas em grupos adimensionais, para os casos com e sem confinamento. / The development of new technologies associated with a reduction in manufacturing and installation costs requires the dissipation of increasing heat flux. The heat transfer associated with the phase change continues to be studied focusing on the achieving high heat transfer coefficients, with applications such as the cooling of electronic components or as a basis for diverse energy conversion systems that rely on the efficiency of the evaporator. A deep analysis is necessary in the case of confined nucleate boiling in order to perfect its use as an intensification technique and also to minimize the risks associated with confinement when it is imposed on a design, because it can cause problems linked to the premature occurrence critical heat flux, which represents the limit of operation of the system in the nucleate boiling regime. This work aims to study the mechanisms involved in nucleate boiling, and thus, quantify the effect of the main parameters that influence the confined nucleate boiling. In order to analyze the confined and unconfined nucleate boiling regime, tests were made for heat fluxes corresponding to nucleate boiling, for the fluid n-Pentane, at saturation temperature and pressure of 1 bar. Different degrees of confinement were studied (0.1 mm ? s ? 13mm). It was used three different tests sections to analyze the roughness and the diameter of the heating surface. The experimental results for the heat transfer coefficient were compared with those predicted by correlations from literature and a visualization of the boiling phenomenon allowed a better understanding the behavior of vapor bubbles in different degrees of confinement. Two empirical correlations based on dimensionless groups, for cases with and without confinement, were developed through experimental data.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T19:30:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228300.pdf: 1596249 bytes, checksum: ccd490abf00220434568a191612fae87 (MD5) / As misturas não-azeotrópicas de dois fluidos vêm sendo empregadas com relativo sucesso em várias aplicações da área de refrigeração, em particular na substituição dos cloro-fluor-carbonos (CFCs), podendo ser empregadas como fluidos refrigerantes em evaporadores, em uma faixa ampla de condições de operação, em função da concentração mássica. Os fluidos dielétricos, por sua vez, são de interesse no resfriamento de componentes eletrônicos, tanto em aplicações terrestres quanto espaciais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-23T18:13:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257314.pdf: 2054940 bytes, checksum: c538958d2fd34d3df10b80959bc4c59e (MD5) / Neste trabalho investigamos a influência de movimentos convectivos sobre transientes de correntes elétrica obtidas durante a deposição de metais em células eletroquímicas. Observa-se que ao aumentarmos a temperatura do banho além de 315 K os voltamogramas apresentam irregularidades na parte das curvas que corresponde a corrente estacionária (platôs). Estas irregularidades apresentam formas aleatórias em cada varredura, ainda que a preparação do sistema permaneça constante. Observa-se também que a intensidade dessas irregularidades são amplificadas com o aumento da temperatura. No trabalho teórico que desenvolvemos argumentamos que esse comportamento pode ser uma consequência dos movimentos convectivos que se desenvolvem em função de flutuações na concentração do eletrólito, favorecidas pelo aumento de temperatura ou perturbações mecânicas não intencionais no interior da célula eletrolítica. Curvas teóricas de corrente contra potencial que descrevem a deposição de metais em eletrodos de silício são derivadas a partir de um modelo representado por uma equação de balanço unidimensional que inclui difusão e convecção. A cinética reativa, que também está presente no processo, é incluída no modelo através de uma condição de contorno dependente do tempo e determina o abrandamento da concentração na superfície do substrato, até que a concentração alcance um valor final constante. Um caso particular dessa descrição corresponde ao processo de convecção forçada com velocidade constante. Nesse caso a solução do modelo proposto oferece a densidade de corrente, associada com a adsorção de espécies na superfície, o que permite uma análise da contribuição do efeito convectivo sobre as correntes transientes. Concluímos este trabalho examinando o efeito de movimentos convectivos aleatórios, descritos por um algoritmo Monte Carlo que considera a flutuação temporal aleatória de velocidades de convecção, com média nula, e seus efeitos sobre os perfis de correntes transientes. O modelo prevê acentuadas flutuações no voltamograma, especialmente no platô que corresponde a corrente estacionária que se segue ao processo transiente. Os resultados do modelo teórico são confrontados com dados experimentais de forma a checar sua validade.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2008. / Made available in DSpace on 2012-10-24T01:56:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274600.pdf: 2552864 bytes, checksum: b6d93b17b5b310d86ebd435b05b602dc (MD5) / No presente trabalho, é apresentado um estudo experimental sobre a transferência de calor e a queda de pressão no processo de ebulição convectiva em um mini-canal anular, utilizando como fluido refrigerante o n-Pentano, para pressões e temperaturas de entrada na seção de teste de 150,0 e 200,0 kPa, e 27,0 e 40,0 oC, respectivamente. Foram empregadas velocidades mássicas de até 337,8 kg/m2s, para fluxos de calor q < ou = 60,0 kW/m2. A seção de teste é formada por dois tubos, um interno de cobre onde é realizado o aquecimento, e outro externo de acrílico, montados concentricamente, com uma folga entre eles de 0,25 mm, formando assim um mini-canal anular de diâmetro hidráulico de 0,5 mm. O projeto e a construção de um circuito de ebulição convectiva e da seção de teste foram inteiramente desenvolvidos durante o presente trabalho de mestrado. São analisados os efeitos de velocidade mássica, de pressão, e da temperatura de entrada, e do fluxo de calor sobre o coeficiente de transferência de calor para a ebulição. Os dados experimentais para o coeficiente de transferência de calor foram comparados com as correlações de Kandlikar (1990), Liu e Winterton (1991), Warrier (2002), Lazarek e Black (1982) e Steiner e Taborek (1992). Os dados referentes à queda de pressão bifásica foram comparados com o modelo de fases separadas para três diferentes valores do parâmetro de Chisholm (C). Imagens fotográficas relativas ao processo de ebulição convectiva em um minicanal anular também são apresentadas e analisadas. / In this work, it is presented an experimental study of heat transfer of and the pressure drop in the process of convective boiling in an annular mini-channel, using as fluid refrigerant the n-Pentane, to pressures and temperatures of entry in the test section were 150,0 and 200,0 kPa, and 27,0 and 40,0 ° C, respectively. They were employed flux mass of up to 337,8 kg/m2s for heat flux q < ou = 60.0 kW/m2. The test section is composed of two tubes, one internal copper, where the heating is performed, and other external acrylic, mounted concentric, with a gap between them of 0,25 mm, thus forming an annular mini-channel of diameter hydraulic of 0,5 mm. The design and construction of a circuit of convective boiling in the test section were fully developed during the present work the Masters. We will be analyzed the effects of mass flux, pressure, and temperature input, and the heat flux on the heat transfer coefficients for boiling. Experimental data for the heat transfer coefficients were compared with the correlations of Kandlikar (1990), Liu and Winterton (1991), Warrier (2002), Lazarek and Black (1982) and Steiner and Taborek (1992). The data relating to the collapse of pressure two-phase flow are compared with the model of separate phases for three different parameter values of Chisholm (C). Photographic images relating to the process of convective boiling in a mini-channel annular are also presented and analyzed.

Neste trabalho, são obtidas diversas propriedades (em especial, referentes ao comportamento ao t -+ +00) das soluções u(', t) da equação linear do calor, Ut = div(AV'u), x E JRn, t > O onde A E JRnxné uma matriz constante simétrica e positiva definida, correspondentes a estados iniciais p-somáveis, i.e., u(x, O) = uo(x), Uo E LP(JRn), onde 1 :::;p < 00. Em particular, é examinado o comportamento de Ilu(., t)IILP(lRn) ao t -+ +00, mostrando-se que Ilu(., t)IILl(lRn)-+ Ikn u(x, O)dXI quando p = 1, e Ilu(-' t)IILP(lRn)-+ O quando p > 1. São analisadas, também, as taxas de decaimento e o comportamento assintótico das soluções u(', t) de equações de advecção-difusão da forma Ut + divf(u) = div(A(u)V'u), x E JRn, t > O correspondentes a estados iniciais p-somáveis e limitados, i.e., u(x, O)= uo(x), u(', O) E LP(JRn) n LOO(JRn), onde 1 :::;p :::; 2. Novamente, é examinado o comportamento de Ilu(" t)IILP(lRn)ao t -+ +00, mostrando-se que Ilu(., t)IILl(lRn)-+ Ikn u(x, O)dxl quando p = 1, e Ilu(" t)IILP(lRn)-+ O quando p > 1. Várias outras propriedades importantes são também discutidas, seguindo principalmente [Silva, 2003], [Crandall e Tartar, 1980], [Hagstrom et al., 2003], [Zingano, 1999], [Zingano, 2004a], [Zingano, 2004b].

Esta dissertação de mestrado considera a transferência de calor combinando convecção e radiação térmica no escoamento de gases participantes em dutos de seção circular. Partindo de uma metodologia geral, o trabalho enfoca principalmente os casos típicos de aplicação em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, em que gases em alta temperatura escoam através de um tubo mantido em temperatura uniforme. O escoamento é turbulento e o perfil de velocidade é plenamente desenvolvido desde a entrada do duto. A temperatura do gás, contudo, é uniforme na entrada, considerando-se a região de desenvolvimento térmico. Duas misturas de gases são tratadas, ambas constituídas por dióxido de carbono, vapor d’água e nitrogênio, correspondendo a produtos típicos da combustão estequiométrica de óleo combustível e metano. As propriedades físicas dos gases são admitidas uniformes em todo o duto e calculadas na temperatura de mistura média, enquanto que as propriedades radiantes são modeladas pela soma-ponderada-de-gases-cinzas. O campo de temperatura do gás é obtido a partir da solução da equação bidimensional da conservação da energia, sendo os termos advectivos discretizados através do método de volumes de controle com a função de interpolação Flux-Spline; as trocas de energia radiantes são avaliadas por meio do método das zonas, onde cada zona de radiação corresponde a um volume de controle. Em um primeiro passo, a metodologia é verificada pela comparação com resultados apresentados na literatura para a transferência de calor envolvendo apenas convecção e combinando convecção com radiação. Em seguida, discutem-se alguns efeitos da inclusão da radiação térmica, por exemplo, no número de Nusselt convectivo e na temperatura de mistura do gás. Finalmente, são propostas correlações para o número de Nusselt total, que leva em conta tanto a radiação quanto a convecção. Essa etapa exige inicialmente uma análise dos grupos adimensionais que governam o processo radiante para redução do número elevado de parâmetros independentes. As correlações, aplicáveis a situações encontradas em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, são validadas estatisticamente pela comparação com os resultados obtidos pela solução numérica. / This dissertation considers the heat transfer combining convection and thermal radiation in the flow of participating gases inside circular tubes. Starting from a general methodology, the work is focused on typical cases applied to small and medium sized smoketube steam generators, in which gases in high temperature flow through tubes having uniform temperature. The fluid flow is turbulent and fully developed at the duct entrance. The gas temperature, however, is uniform at the entrance, and so the thermal development is considered. Two gaseous mixtures are treated, both ones being composed of carbon dioxide, water vapor and nitrogen, corresponding to typical products of stoichiometric combustion of fuel oil and methane. The thermophysical properties of the gases are assumed to be uniform and evaluated at the gas average bulk temperature, while the radiative properties are computed from the weighted-sum-of-gray-gases model. The gases temperature fields are obtained from the solution of the two-dimensional energy conservation equation, in which the advective terms are computed by the Flux-Spline control volume method, and the radiative exchanges are determined by the zonal method, where each radiative zone corresponds to a control volume. In a first step, the methodology is verified by a comparison of the obtained results with those available in the literature for heat transfer considering only convection and combining convection to radiation. Next, the effects of including thermal radiation, for instance, on the convective Nusselt number and on the gas bulk temperature, are discussed. Finally, correlations are proposed for the total Nusselt number, which takes into account both radiation and convection. This step requires initially a dimensional analysis to reduce the number of independent parameters. The correlations, applied to situations that are found in small and medium sized smoketube steam generators, are validated statistically by the comparison with the results obtained from the numerical solution.

Os permutadores de calor são equipamentos projetados para realizar a transferência de energia térmica entre dois fluidos, utilizando-se, geralmente, materiais metálicos como meio condutor e água de resfriamento para absorver calor desses equipamentos em processos industriais. Esta água quando não devidamente tratada, apresenta uma série de inconvenientes como depósito em tubulações e tubos, ocasionando perda de carga, e corrosão com conseqüentes perfurações nos tubos. Este trabalho visa avaliar a utilização de ligas de cobre-zinco (latão) em tubos de permutadores de calor que trabalham com água de resfriamento na UN-RECAP. Foram levantadas curvas de polarização das ligas de tubos latão C44300, C44500 e C68700 utilizadas nos permutadores de calor da Unidade, utilizando-se como eletrólito a água de resfriamento de uma torre de resfriamento da Unidade, com preparação de superfície das amostras com e sem passivação prévia em solução do inibidor de corrosão. Os ensaios foram realizados à temperatura ambiente e à temperatura crítica dos permutadores de 60ºC. Para avaliação dos mecanismos de falhas dos permutadores de calor mais críticos da Unidade, foram utilizados: o histórico das análises físico-químicas da água de resfriamento, os resultados dos ensaios de IRIS, as curvas de polarização e o histórico de inspeção dos equipamentos. Os resultados das curvas de polarização das ligas de latão apresentaram dissolução ativa sem passivação para todas as ligas na temperatura ambiente e na temperatura crítica, com indicativo de passivação para a amostra C44300 com passivação prévia ensaiada a temperatura ambiente. O processo de dezincificação foi identificado nos processos de falha dos permutadores de calor em operação. / Heat exchangers are equipment designed to accomplish the heat transfer between two fluids, using metallic materials as conductive middle and a cooling water to absorb heat in those equipments. This water, when not properly treated, presents a series of inconveniences as deposits on pipes, load loss and corrosion with consequent holes in the tubes. This study aims to evaluate the use of copper-zinc alloys (brasses) in tubes of heat exchangers that work with cooling water system of the UN-RECAP/PETROBRAS. There were lifted up polarization curves of brasses alloys tubes C44300, C44500 and C68700 used in heat exchangers being used cooling water as electrolyte, with samples surface preparation with and without prior passivation solution of a corrosion inhibitor. Tests were performed at room temperature and to the critical temperature at 60ºC (the critical temperature). In order to evaluate the failure mechanisms of the most critical heat exchangers, physical and chemical analysis, historical of cooling water, IRIS test results, polarization curves and inspection data reports were used. The results of polarization curves of brasses alloys showed active dissolution without passivation for all alloys at room temperature and critical temperature, with an indication of passivation of the sample with prior passivation tested at room temperature. The process of dealloying was identified in the process failures of heat exchangers in operation.

A pasteurização é um processo térmico de tratamento de alimentos, sendo amplamente difundido na indústria de bebidas. É ela que provê ao produto sua durabilidade dentro dos padrões adequados ao consumo humano. Suas ações também têm impacto direto nas propriedades organolépticas e estabilidade química do produto. Os produtos geralmente são pasteurizados em equipamentos de grandes dimensões, chamados de túneis pasteurizadores. Nestes equipamentos, os alimentos são pasteurizados no sistema in-package, ou seja, já envasados, de forma a eliminar os microorganismos presentes também no vasilhame. Este trabalho tem por objetivo a investigação dos fenômenos de transferência de calor que ocorrem na pasteurização de cerveja engarrafada bem como a elaboração de um modelo analítico visando permitir um controle do processo térmico. Para a obtenção dos valores dos coeficientes de troca térmica global foi projetada e construída uma bancada de testes que permite recriar as mesmas condições existentes nas máquinas reais. Com esta bancada são obtidos resultados que permitem analisar os coeficientes globais de transferência de calor e estudadas suas relações com a massa e geometria do vasilhame em estudo. Estes coeficientes alimentam um modelo analítico proposto que possa ser facilmente implementado de forma a consolidar o sistema de controle do processo de pasteurização. Os coeficientes obtidos atingem uma boa confiabilidade do modelo para este caso em estudo além de permitir um conhecimento mais profundo sobre o processo térmico e seu comportamento fluidodinâmico. De forma a consolidar o pressente trabalho, simulações numéricas são realizadas para permitir a uma visualização mais clara das características de processo através os campos de temperatura e velocidade, para comprovação das observações efetuadas nos estudos experimentais. O modelo proposto de transferência de calor para o controle do processo, com seus coeficientes, juntamente com o equacionamento da intensidade de pasteurização, permitiram a construção de uma máquina onde os resultados deste estudo são utilizados, atingindo uma eficiência de processo da ordem de 95%, suficiente para a consolidação da solução junto ao mercado. / Pasteurization is one of the most important processes applied in drinking industry. It is the process that provides the product the needed durability in order to ensure a secure consumption for human beings. The effects of pasteurization also affect the organoleptic properties of the products and its chemical stability. The products are pasteurized in large equipments called tunnel pasteurizers, and the process is also called in-package pasteurization. That means that the product is processed already bottled, in order to eliminate the microorganisms that may be present in the bottle. This work has the purpose to investigate the physical phenomena’s that occurs during beer pasteurization, and to elaborate an analytical model that describes the thermal problem. In order to acquire the global heat transfer coefficients, as the analysis of the thermal resistances involved, it is designed and constructed an analysis machine that creates all the conditions that can be found in real machines. With this analysis machine, it is obtained the results of the global heat transfer coefficients, and it relations with the mass and the geometry aspect ratio of the bottle. The coefficients will be implemented in the model proposed in order to allow the creation of a pasteurization control system that can be programmed for a real machine, today not featured in the machines offered in the Brazilian market The obtained coefficients ensures a good reliability of the model for this special purpose as also allows a depth knowledge of the thermal and fluid-dynamic process, for future studies that can be developed in the area. For the consolidation of the proposed model, investigations are performed using numerical methods for a complete observation of the most important features that has influence in the process. This work enabled the construction of a real machine with pasteurization process control, using the model together with the obtained heat transfer coefficients. Some results of measures made at this machine are presented, showing that it can ensure a efficiency of 95%. This result turns to be good enough in order to approve the machine for operations in the domestic market.