Neste trabalho, desenvolvemos uma metodologia semi-analítica para solução de problemas de condução de calor bidimensional, não-estacionária em meios multicompostos. Esta metodologia combina os métodos nodal, com parâmetros concentrados, e a técnica da transformada de Laplace. Inicialmente, aplicamos o método nodal. Nele, a equação diferencial parcial que descreve o problema é integrada, transversalmente, em relação a uma das variáveis espaciais. Em seguida, é utilizado o método de parâmetros concentrados, onde a distribuição de temperatura nos contornos superior e inferior é substituída pelo seu valor médio. Os problemas diferenciais unidimensionais resultantes são então resolvidos com o uso da técnica da transformada de Laplace, cuja inversão é avaliada numericamente. O método proposto é usado na solução do problema de condução de calor, em paredes de edificações. A implementação computacional é feita, utilizando-se a linguagem FORTRAN e os resultados numéricos obtidos são comparados com os disponíveis na literatura.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:49:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 324605.pdf: 11932037 bytes, checksum: 113971c58f66e9b48f075e736b0d465d (MD5) Previous issue date: 2013 / Trocadores de calor constituídos de microcanais paralelos são considerados uma boa solução tecnológica em resposta à crescente demanda por sistemas compactos, que necessitam de alta dissipação de calor, garantindo ainda a redução de custos de materiais e o uso de menor quantidade de fluidos refrigerantes. O presente trabalho está subdividido em dois estudos experimentais, partes A e B, que se complementam e que têm como objetivo estudar o comportamento termo-hidráulico no interior desses componentes providos de microcanais. Na parte A, a ebulição convectiva do fluido refrigerante R134a é analisada no interior de nove microcanais paralelos, de seção transversal circular, posicionados na horizontal, com diâmetro interno e comprimento de 0,77 mm e 150 mm, respectivamente. A caracterização do início da ebulição (ONB) e os comportamentos do coeficiente de transferência de calor por convecção e da queda de pressão por atrito, obtidos experimentalmente, são analisados em função de diferentes variáveis, como: padrão de escoamento bifásico, título de vapor, xv, fluxo de calor, q?; velocidade mássica, G, grau de subresfriamento, ?Tsub, e pressão de entrada no tubo distribuidor, pent. Os resultados experimentais obtidos são também parametricamente comparados com os métodos de previsão da literatura. As faixas das condições de teste são as seguintes: 0<xv<0,89; 600<pent<900 kPa; 1,0< ?Tsub< 20,1 K; 5,0<q?<220 kW/m2 e 250< G<1001 kg/m2s. Os resultados mostram que o padrão de escoamento exerce grande influência sobre o coeficiente de transferência de calor, e que diferentes mecanismos de transferência de calor estão presentes em cada um desses padrões de escoamento observados, enquanto que a queda de pressão por atrito é função direta da velocidade mássica, título de vapor e da pressão do sistema. Na parte B, a distribuição de escoamentos bifásicos, utilizando como fluido de trabalho uma mistura de ar e água, é analisada no interior de um distribuidor ao qual estão acoplados nove microcanais paralelos, de seção transversal circular, com diâmetro interno e comprimento de 0,8 mm e 150 mm, respectivamente. A distribuição de vazão da fase líquida foi verificada entre os nove canais acoplados ao distribuidor em função da posição do distribuidor, dos canais acoplados, do tubo alimentador, da velocidade mássica e do título de gás no tubo alimentador. Neste segundo estudo, foram verificadas quinze diferentes configurações do conjunto distribuidor, canais acoplados e tubo alimentador, para velocidades mássicas de 200, 400 e 600 kg/m2s, e para títulos de gás entre 0 e 0,75. Os resultados obtidos mostram que os efeitos do título de gás sobre a distribuição de vazões de líquido variam consideravelmente em função da posição do conjunto (tubo alimentador-distribuidor-canais), e que o perfil de distribuição da vazão de líquido entre os canais acoplados em cada configuração testada depende da ação conjunta da estrutura de distribuição das fases no interior do distribuidor e da estrutura do escoamento no tubo alimentador.<br> / Abstract : Heat exchangers consisting of parallel micro-channels are considered a good technological solution in response to the increasing demand for compact systems which require high heat flux dissipation, ensuring a decrease in the material costs and the use of a lower quantity of refrigerants. The aim of this study was to investigate the thermo-hydraulic behavior inside these components provided by microchannels. This study is divided into two experimental studies (A and B) which are complementary. In part A, the convective boiling of the refrigerant R134a is analyzed within nine parallel microchannels of circular cross section, positioned horizontally, with internal diameter and length of 0.77 mm and 150 mm, respectively. The characterization of the onset of nucleate boiling (ONB), along with the behavior of the convective heat transfer coefficient and friction pressure drop, obtained experimentally, is carried out considering different variables: two-phase flow pattern; vapor quality, xv; heat flux, q"; mass velocity, G; subcooling degree, ?Tsub, and inlet manifold pressure, pent. The experimental results are also parametrically compared with prediction methods described in the literature. The ranges for the test conditions are as follows: 0 <xv <0.89, 600 <pent <900 kPa, 1.0 <?Tsub <20.1 K, 5.0 <q"<220 kW/m2 and 250<G<1001 kg/m2s. The experimental results show that the flow pattern has a strong influence on the heat transfer coefficient, and that different heat transfer mechanisms are associated with each of the flow patterns observed, whereas the frictional pressure drop is a direct function of the mass velocity, vapor quality and pressure of the system. In part B, the two-phase flow distribution, using as the working fluid a mixture of air and water, is analyzed inside a circular header coupled to nine branched parallel microchannels of circular cross-section with internal diameter and length of 0.8 mm and 150 mm, respectively. The flow distribution of the liquid phase among the nine branched channels was observed according to the position and orientation of the header, the branched channels and the feeder tube, as well as the mass velocity and gas quality. In this second study, fifteen different assembly configurations (header, feeder tube and branched channels) were investigated, for mass velocities of 200, 400 and 600 kg/m2s and gas quality values of 0 to 0.75. The results show that the effect of the gas quality on the liquid distribution changes considerably depending on the configuration (feeder tube-header-channels). The distribution profile of the liquid flow among the branched channels in each configuration tested is dependent on the joint action of the patterns of the phase distribution inside the header and the flow inside the feeder tube.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:53:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 331231.pdf: 2510325 bytes, checksum: ba8d7af695a3d791054290c617d07067 (MD5) Previous issue date: 2014 / A eficiência de compressores recíprocos de refrigeração doméstica é afetada diretamente pelo aquecimento do gás no filtro acústico de sucção. A presente dissertação consiste na investigação experimental da transferência de calor no filtro de sucção de um compressor recíproco de velocidade variável. O trabalho analisa os efeitos da velocidade de operação (1200, 2000 e 4000rpm) e da razão de pressão, dada por dois pares de temperaturas de evaporação e de condensação, (-15,0°C/40,0°C) e (-25,0°C/40,0°C), sobre a transferência de calor. Com a utilização de termopares e sensores de fluxo de calor obtêm-se medições de temperatura e de fluxo de calor nas diferentes condições de operação. Observou-se que a transferência de calor no filtro de sucção é fortemente afetada pela pressão de evaporação e pela velocidade do compressor. Com base nesses resultados, correlações de transferência de calor são propostas e comparadas com correlações disponíveis na literatura. Para o escoamento externo, a correlação de esfera apresentou resultados em boa concordância com os dados experimentais. No escoamento interno, a correlação de Dittus-Boelter e de Gnielinski forneceu resultados em concordância satisfatória para os tubos, mas o mesmo não acontecendo no interior dos volumes do filtro de sucção.<br> / Abstract : The efficiency of reciprocating compressors adopted for household refrigeration is directly affected by the refrigerant superheating along the suction muffler. This dissertation reports an experimental investigation of heat transfer in the suction muffler of a variable-speed compressor. The study analyzes the effects of compressor speed (1200, 2000 and 4000rpm) and pressure ratio, given by the evaporating/condensing temperatures of (15.0°C/40.0°C) and (-25.0°C/40.0°C), on the heat transfer. Thermocouples and heat flux sensors allowed measurements of temperature and heat flux for different operating conditions. The results showed that heat transfer in the suction muffler is strongly affected by the evaporating pressure and compressor speed. Based on the measurements, heat transfer correlations are proposed and compared with correlations available in the literature. Correlations developed for spheres provided results in good agreement with experimental data for the external surface. On the other hand, the correlation of Dittus-Boelter and Gnielinski provided satisfactory agreement with measurements for the flow through tubes, but the same not happening inside the volumes of the suction filter.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianóplis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:50:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327914.pdf: 10937671 bytes, checksum: 39b61011d8c45ed87675c2ea6c11ee01 (MD5) Previous issue date: 2013 / O arrefecimento de células a combustível é uma preocupação atual da indústria nacional, particularmente no caso de células a combustível do tipo PEM, também conhecida por PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Diversas técnicas de resfriamento são descritas na literatura e consideradas como alternativas de projeto para garantir funcionamento adequado da célula. Em consequência das reações químicas, sua temperatura aumenta a ponto de secar a membrana polimérica, prejudicando o transporte dos íons de hidrogênio e, consequentemente, a geração de eletricidade. Nas unidades portáteis com baixa capacidade, a célula é resfriada pelo próprio ar de alimentação, soprado por ventiladores. São sistemas que geralmente trabalham com baixas densidades de potência e projetados para operar com ar como agente oxidante. Em unidades maiores, de alta densidade de potência, são recomendados sistemas de resfriamento através da circulação de água por canais usinados nas placas de grafite. No presente trabalho são estudados minitubos de calor como alternativa para o arrefecimento de uma unidade de 200 W, disponível no Laboratório de Combustão e Engenharia de Sistemas Térmicos (LabCET), no sentido de garantir operação no intervalo de temperatura requerido, entre 70 e 90 °C. O sistema de controle consiste em um conjunto de trinta minitubos de calor de aço inoxidável, cada um com comprimento de 100 mm, montados em paralelo. O tubo de calor é constituído por um invólucro selado contendo água deionizada como fluido de trabalho, sendo compreendido pelas regiões condensador e evaporador. Cada tubo passa por um processo de conformação que proporciona uma seção transversal triangular. Duas ranhuras axiais provêem o bombeamento capilar necessário para a recirculação do fluido de trabalho. Essa forma de controle representa uma alternativa de baixo custo de fabricação e tecnicamente viável do ponto de vista industrial. Testes foram realizados em tubos de calor individuais com potência aplicada em patamares previamente estabelecidos, entre 2 e 10 W. Um modelo matemático foi utilizado para avaliar o desempenho e principais parâmetros do tubo de calor, incluindo inventário do fluido de trabalho, temperatura de operação e limite capilar. Os resultados mostram que os tubos de calor testados são capazes de dissipar até 10 W, correspondentes à 1,4 W/cm² na seção do evaporador, com a temperatura abaixo de 90 °C, atendendo assim o arrefecimento requerido para a operação da célula.<br> / Cooling fuel cell is a current concern of the national industry, particularly inthe case of PEM fuel cell, also known as PEMFC (Proton Exchange MembraneFuel Cell). Several cooling techniques are described in the literatureand they are considered as design alternatives, to ensure proper functioningof the cell. As a result of chemical reactions, its temperature rises to thepoint of drying the polymer membrane, impairing the transport of hydrogenions and hence the generation of electricity. In low capacity portable unitsthe cell is cooled by the same supply air which is blown by fans. They aresystems that usually work with low power densities and designed to operatewith air as the oxidizing agent. In larger units with high power density,cooling systems by circulating water into channels machined on the graphiteplates are recommended. Mini heat pipes are studied in present work as analternative to cooling a 200 W unit available in the Laboratory of Combustionand Thermal Systems Engineering (LabCET), to ensure operation inthe required temperature range between 70 and 90 C. The control systemconsists of a set of stainless steel mini heat pipes, each one with 100 mmlength, assembled in parallel. The heat pipe consists of a sealed enclosurecontaining deionized water as the working fluid, consisting of the condenserand evaporator sections. Each tube undergoes a mechanical forming processwhich provides a triangular cross section. Two axial grooves provide thenecessary capillary pumping for the working fluid recirculation. This formof control represents a low-cost manufacturing alternative and technicallyfeasible of industrial point of view. Tests were performed in individual heatpipes with power applied at levels previously established between 2 and 10W. A mathematical model was used to evaluate the performance and mainparameters of the heat pipe, including the working fluid inventory, operatingtemperature and capillary limit. The results show that the tested heat pipesare capable of dissipating up to 10 W, corresponding to 1.4 W/cm2 in theevaporator section, with the temperature below 90 C thus meeting thecooling required for the cell operation.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:57:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332768.pdf: 3014151 bytes, checksum: b9ecad023b6fdebad688d464a5ad12f6 (MD5) Previous issue date: 2014 / Na área de ciências térmicas, a perspectiva favorável de se utilizar su-perfícies nanoestruturadas em sistemas térmicos visando a intensificação do coeficiente de transferência de calor durante o processo de ebulição tem motivado muitas pesquisas. Uma motivação prática tem sido a ten-dência da indústria em produzir equipamentos compactos e miniaturiza-dos, em particular na área de microeletrônica e de micro refrigeração permitindo operar com menor volume de fluido e menor consumo de energia.Neste estudo, foi investigado o efeito da deposição de nanopartículas de maguemita (y - Fe2O3) sobre uma superfície horizontal aquecida de cobre durante a ebulição nucleada do HFE7100, à pressão atmosférica e temperatura de saturação, utilizando-se dois diâmetros de nanopartículas (10nm e 80nm). O objetivo principal do trabalho é avaliar as alterações do coeficiente de transferência de calor para dois substratos com rugosi-dades distintas (Ra=22nm e Ra=168nm) e quatro superfícies preparadas a partir destes com a deposição de nanopartículas. As restrições de vo-lume foram avaliadas para três níveis de confinamento.Pretende-se mostrar que o coeficiente de transferência de calor não é uma função exclusiva dos diferentes níveis de rugosidade das superfí-cies testadas, mas que depende essencialmente do número de sítios de nucleação que podem ser ativados ou não sobre a superfície aquecida. Os resultados obtidos experimentalmente mostram um alto coeficiente de transferência de calor para a superfície mais rugosa revestida com nanopartículas menores, situação em que se tem a maior densidade de sítios de nucleação ativos sobre a superfície aquecida. Uma redução acentuada na transferência de calor foi observada para o substrato liso com deposição de nanopartículas menores, caso em que se tem a maior resistência térmica para a nucleação e a menor densidade de sítios ativos superficialmente.<br> / Abstract : The favorable perspective of using nanostructured surfaces in thermal systems to improve the heat transfer coefficient during the boiling pro-cess has attracted the attention of many researchers. The main motiva-tion has been the industrial trend toward producing compact and minia-turized equipment, in particular in the area of microelectronics and mi-cro cooling, allowing systems to operate with less fluid volume and lower power consumption.In this study, the effect of the deposition of maghemite nanoparticles (y - Fe2O3) on a heated copper horizontal surface during nucleate boiling of HFE7100 was investigated, at atmospheric pressure and saturation tem-perature, using nanoparticles with two different diameters (10nm and 80nm). The main objective was to evaluate the changes in the heat trans-fer coefficient for two substrates with different roughness values (Ra = 22nm and 168nm) and the nanoparticle deposition. Also, three different gap sizes were analyzed.Results show that the heat transfer coefficient is not an exclusive func-tion of the different roughness levels of the heated surfaces tested in this study, but that it is essentially dependent on the number of nucleation sites that can be activated on the heated surface. The experimental re-sults obtained in this study showed a higher heat transfer coefficient for the rough surface with the deposition of smaller nanoparticles, which had the highest density of active nucleation sites on the heated surface. A considerable decrease in the heat transfer was observed for the smooth surface with the deposition of smaller nanoparticles, which had the highest thermal resistance to the nucleation and lowest density of active sites on the heated surface.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-04-29T21:03:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328325.pdf: 20569253 bytes, checksum: 91ca5c26862cc50254fd9564d163adb1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Neste trabalho propõe-se estudar a secagem de ervas finas em dois tipos diferentes de secadores assistidos por termossifões, caracterizando os fenômenos físicos observados tanto na erva como no secador. É apresentada uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte da secagem de ervas finas, dos modelos matemáticos e correlações que descrevem este processo e dos diferentes tipo de secadores que se tem atualmente no mercado. Baseado em trabalhos da literatura especializada foi desenvolvido um modelo matemático da vazão de vapor de água liberada durante a secagem, considerando as parcelas de vapor liberadas pela folha e pelo talo. Utilizou-se para este modelo a lei de Fick para a difusão unidimensional de água na erva. Com o objetivo de adimensionalizar a vazão mássica de vapor liberado por cada uma das parcelas, foi introduzido o número adimensional MV que permite definir e comparar a capacidade do secador independente do material secado. Assim para cada valor de MV existe uma quantidade máxima de massa ?in natura? que o secador pode secar com certo consumo de energia associado. Realizaram-se testes experimentais com erva hortelã-comum (Mentha x villosa Huds) através de um secador experimental por convecção desenvolvido pelo LABTUCAL, onde o ar de secagem se aquece pela passagem por um banco de resistências horizontais, que simulam o comportamento dos termossifões. Estudaram-se os principais fatores que influenciam o tempo final de secagem como: a umidade relativa do ar, a velocidade de escoamento, a quantidade de bandejas dentro da câmara de secagem, a relação de massa e superfície de erva e o efeito da presença do talo da erva. A análise dos resultados permitiu concluir que os modelos teóricos se ajustam satisfatoriamente aos dados experimentais obtidos. Finalmente, foi adaptado um forno de cocção de pães desenvolvido pelo LABTUCAL com termossifões tipo árvore distribuído nas paredes laterais da câmara de secagem. Neste forno foram realizados testes de secagem, com o objetivo de comparar o desempenho deste com do outro secador. Observou-se que o tempo de secagem, assim como o consumo total de energia no forno de cocção de pães adaptado, diminuíram. O desempenho deste forno foi também comparado ao da estufa que atualmente a empresa Baldo S.A. possui para secagem de ervas finas. oncluindo-se que o forno de cocção de pães adaptado apresenta dentre os três o melhor desempenho.<br> / Abstract : This paper studies the drying of herbs in two different types of thermosyphon assisted dryers, by characterizing the physical phenomena observed both in the grass as in the dryer. A review on the state of the art of medicinal herbs drying, mathematical models and correlations that describe this process and of different types of commercialized dryers was made. A mathematical model of the vapor water flow released during drying, considering the steam released by the leaf stalk, was developed based on works presented in the literature. This model used the Fick's law for one-dimensional diffusion of water into the herb. The steam MV dimensionless number were used in order to turn the mass flow rate released by each of the plots dimensionless. This allows to define and compare the ability of independent dryer dried material was posted. For each value of MV there is a maximum " in natura " mass that the dryer can dry with some associated energy consumption. Experimental tests were performed with common spearmint herb (Mentha x villosa Huds ) through an convection dryer developed by LABTUCAL. In this dryer, the drying air is heated by passing it through a bank of horizontal resistances that simulate the behavior of the thermosyphon. The main factors that influence the final drying time such as the relative humidity of the air, the flow rate, the amount of trays inside the drying chamber, the relationship of mass and surface of herb and the effect of the presence of the herb stalk were studied. The analysis concluded that the theoretical model satisfactorily fits the experimental data obtained. A bread cooking oven developed by LABTUCAL was adapted with tree type thermosyphon distributed in vertical side walls of the drying chamber. In this oven drying tests were performed in order to compare its performance with the other. It was observed that the drying time and the total energy consumption in the adapted bread cooking oven diminished. The performance of this oven was also compared to the one that Baldo SA company currently uses for drying herbs. The adapted oven presented the best performance of the three ovens.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-09-29T04:01:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334809.pdf: 6984823 bytes, checksum: 0516e164b0285d3d90e738a15c8c27ff (MD5) Previous issue date: 2014 / Na maioria dos refrigeradores domésticos o ar quente e úmido proveniente do gabinete é misturado com o ar frio e seco proveniente do freezer e depois resfriado e desumidificado no evaporador. À medida que o ar é desumidificado, uma camada de geada se deposita sobre a superfície fria do trocador de calor. Essa camada precisa ser removida para evitar a queda do desempenho do sistema e por este motivo resistências de degelo são tipicamente utilizadas. Durante o processo de degelo, água escoa através de um dreno e é recolhida em uma bandeja instalada nas proximidades do compressor. Essa água é eliminada pela ação do calor proveniente da carcaça do compressor. Entretanto, em ambientes de umidade relativa elevada, a formação excessiva de geada associada à baixa taxa de evaporação pode levar ao transbordamento da bandeja de degelo, o que é inaceitável para os usuários e um desafio para os fabricantes de refrigeradores. O uso de compressores de alta eficiência que operam com temperaturas de carcaça mais baixas pode agravar ainda mais esse problema. Por esse motivo, este trabalho se propõe a analisar os processos de transferência de calor e massa que ocorrem em bandejas de degelo. Para tanto, a influência das condições ambientes e operacionais sobre a taxa de evaporação foi avaliada através de uma bancada de testes especialmente desenvolvida para essa finalidade. No total, foram realizados 37 experimentos obtendo-se taxas médias de evaporação entre 3 e 37 g/h. Observou-se que com a utilização de uma bandeja do tipo membrana, a temperatura média do compressor foi reduzida em até 11,6ºC e a taxa média de evaporação aumentada em até 109,5%. Um modelo matemático de natureza semi-empírica foi também desenvolvido para prever simultaneamente a temperatura da carcaça do compressor e a taxa média de evaporação. Os resultados numéricos foram comparados com a base de dados experimentais onde 85% das previsões do modelo para a taxa média de evaporação se mantiveram dentro de uma faixa de erro de ±15%. Além disso, observou-se que as temperaturas características do compressor e da água foram previstas respectivamente com um erro médio quadrático máximo de aproximadamente 3,2ºC e 1,6ºC.<br> / Abstract : In most of modern household refrigerators warm humid air from the fresh food compartment and cold and dry air from freezer compartment are both cooled and dehumidified in the evaporator. As the air is dehumidified, frost accumulation takes place on the cold evaporator surfaces. This layer must be removed to avoid the depletion of the system performance and to this end, defrost heaters are periodically used. During the defrost process, water drains through a pipe into a drip pan which is usually installed at the vicinity of the compressor. This water is eliminated due to the heat transferred from the hot compressor shell. However, in high relative humidity areas, an excessive frost formation associated with a lower evaporation rate can lead to water overflow, which is an unacceptable problem from the viewpoint of users and therefore it poses a challenge for most of refrigerator manufacturers. High efficient compressors with low shell temperature may worsen this condition. For this reason, this study outlines a theoretical and experimental analysis of the heat and mass transfer process that take place during water evaporation from compressor water trays. The influence of both operating and environmental conditions on water evaporation was experimentally evaluated using a purpose built testing facility. In total, 37 experiments were carried out with the water evaporation rate spanning from 3 to 37 g/h. It was found that the compressor shell temperature was up to 11.6ºC lower and the average water evaporation rate was up to 109.5% higher in the membrane tray design. A semi-empirical dynamic simulation model was put forward to predict both the compressor shell temperature and the water evaporation rate simultaneously. The numerical results were compared with its experimental counterparts with over 85% of the model predictions for the average evaporation rate within a 15% error band. It was also found that the water and compressor shell temperatures were predicted with maximum root mean square errors of approximately 1.6ºC and 3.2ºC, respectively.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-13T04:06:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334825.pdf: 2638319 bytes, checksum: 07f9a484a64ffe2f1c11ee102eadfb7c (MD5) Previous issue date: 2015 / Leitos fluidizados são equipamentos versáteis cujo número de aplicações experiencia um crescimento constante. Apesar disso, os fenômenos que ocorrem dentro destes equipamentos ainda não são perfeitamente compreendidos, sobretudo no que se refere à transferência de calor. A fluidodinâmica computacional tem desempenhado um importante papel na compreensão, design e scale up de operações de engenharia, porém para isso é preciso que se disponha de modelos computacionais confiáveis e validados frente a dados experimentais. Neste trabalho foram estudados vários parâmetros da simulação de leitos fluidizados, como modelo de arraste e coeficiente de especularidade, a fim de obter uma configuração que melhor descrevesse este processo. Após a conclusão desta etapa, o trabalho seguiu com o estudo de diferentes superfícies de troca térmica submersas no leito fluidizado, a fim de cumprir o objetivo proposto: verificar a influência dos parâmetros destas superfícies no fenômeno de transferência de calor entre leito e superfície. Para isso foi utilizado o software ANSYS® CFD (FLUENT®), com uma abordagem Euleriana-Euleriana, que descreve ambas as fases como fluidos interpenetrantes, sendo que as propriedades da fase particulada foram descritas através da teoria cinética dos escoamentos granulares. O leito fluidizado simulado foi baseado no trabalho experimental de Di Natale, Lancia e Nigro (2007) e utilizava ar como fase gasosa e partículas de vidro, classe B de Geldart (1973) como fase particulada. Os resultados de Di Natale, Lancia e Nigro (2007) foram utilizados para validação. Todas as simulações foram realizadas num domínio bidimensional, utilizando axissimetria. Após vários testes definiu-se que o modelo que melhor representa os dados experimentais utiliza o modelo de Gidaspow (1986) para o arraste, coeficiente de especularidade igual a 0,1 e modelo ? - e disperso para turbulência. Após validação do modelo foram construídas diferentes geometrias, com diversas superfícies de troca térmica, incluindo diferentes cilindros, uma esfera e um cone. O aumento das dimensões do cilindro, principalmente do diâmetro, gerou uma diminuição do coeficiente de transferência de calor. A superfície esférica produziu o maior valor de coeficiente de transferência de calor, o que está de acordo com o trabalho experimental de Di Natale, Lancia e Nigro (2007). Outras velocidades de entrada do gás foram testadas, porém o modelo falhou em descrever o comportamento fluidodinâmico a uma velocidade mais baixa, provando a importância de se verificar para quais condições um modelo se aplica, antes de usá-lo indiscriminadamente.

SOUSA, R. B. C. Conforto térmico de operadores de tratores agrícolas submetidos a diferentes condições de operação de preparo de solo. 2014. 98 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Daniel Eduardo Alencar da Silva (dealencar.silva@gmail.com) on 2015-01-30T20:39:32Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_rbcsousa.pdf: 5299452 bytes, checksum: 36033f0e13cfc051a64e2b6388a4b1ca (MD5) / Approved for entry into archive by Margareth Mesquita(margaret@ufc.br) on 2015-02-09T14:23:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_rbcsousa.pdf: 5299452 bytes, checksum: 36033f0e13cfc051a64e2b6388a4b1ca (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-09T14:23:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_rbcsousa.pdf: 5299452 bytes, checksum: 36033f0e13cfc051a64e2b6388a4b1ca (MD5) Previous issue date: 2014 / The increasing food demand has made Brazilian agriculture optimize their production in the field, conducing the agricultural tractors operator to prolonged working hours exposing him to an unhealthy environment, besides causing some accidents and cause damage to the operator health, causing, in some cases, even professional death. Nevertheless there are technologies that can improve the operator working conditions as are the cowlings and air-conditioned cabins, the great majority of tractors in Brazil don’t have this device. Therefore, the operator remains submitted to adverse environmental conditions, especially in the Northeast region, in which, throughout the year, the elevated levels of solar radiation and air temperature are unfavorable for thermal comfort and well-being of agricultural tractor operators. Then, based on the economic and climatic conditions in each region, the objective of this study was to evaluate the thermal and ergonomic operator comfort in tractors with and without cowl in the activity of soil preparation, aiming to identify diagnosis in relation to thermal sensation, heat insalubrity, the physiological stress degree and to measure the skin temperature of different body parts of this person when working. The assessments were made during the Brazilian summer morning, afternoon and evening periods, using a BM-125I tractor VALTRA brand, during plowing and subsoiling operations. The Thermal sensation was calculated using the temperature and relative humidity and resulted in discomfort worked in all conditions. The unhealthiness was calculated based on the methodology of Norma Regulamentadora 15, Anexo 3, unhealthiness this which was not diagnosed by exposure to heat, as it had measured the heart rate operator for ergonomic analysis and verified that there wasn’t overload in cardiovascular physical effort demanded by operations. Finally, measured the skin average temperature of some operator’s member (face, hand, arm and leg) by making use of thermal imaging and considering the permanence of heat above the comfort temperature in all conditions and hours worked, and was noted that there was significant difference in the variation by skin temperature operator between operating conditions with and without cowl only in the schedules of midday and late afternoon. / A crescente demanda por alimentos tem feito com que a agricultura brasileira aperfeiçoe a sua produção em campo, levado o operador de tratores agrícolas a prolongadas jornadas de trabalho, expondo-o a um ambiente insalubre, além de provocar alguns acidentes e de causar danos à saúde do operador, ocasionando, em certos casos, até mesmo morte do profissional. Não obstante existam tecnologias capazes de melhorar as condições de trabalho do operador, como são as capotas e as cabines climatizadas, a grande maioria dos tratores no Brasil não dispõem deste dispositivo. Sendo assim, o operador permanece submetido a condições ambientais adversas, principalmente na região do Nordeste, em que, durante todo o ano, os elevados níveis de radiação solar e temperatura do ar são desfavoráveis ao conforto térmico e ao bem estar dos operadores de tratores agrícolas. Deste modo, tomando por base as condições econômicas e climáticas de cada região, o objetivo deste estudo foi avaliar o conforto térmico e ergonômico do operador em tratores agrícolas com e sem capota na atividade de preparo de solo, visando apontar diagnóstico em relação à sensação térmica, à insalubridade ao calor, o grau de esforço fisiológico e medir a temperatura da pele de diferentes membros do corpo deste profissional quando em trabalho. As avaliações foram feitas durante o verão brasileiro nos períodos matutinos, vespertinos e noturnos, utilizando de um trator BM-125I, da marca VALTRA, durante as operações de aração e subsolagem. A sensação térmica foi calculada através da temperatura e da umidade relativa do ar e resultou em desconforto em todas as condições trabalhadas. A insalubridade foi calculada baseando-se na metodologia da Norma Regulamentadora nº 15, Anexo 3, insalubridade esta que não foi diagnosticada por parte da exposição ao calor, dado se ter medido a frequência cardíaca do operador para análise ergonômica e se constatado que não houve sobrecarga cardiovascular nos esforços físicos demandados pelas operações. Finalmente, foi medida a temperatura média da pele dos certos membros do operador (face, mão, braço e perna) fazendo uso de termovisores e levando em consideração a permanência do calor acima da temperatura de conforto em todas as condições e horários trabalhados, e pode-se notar que houve diferença significativa quanto à variação na temperatura da pele do operador entre as condições de operações realizadas com e sem capota apenas nos os horários do meio dia e ao final da tarde.

ALVES, R. D. B. Sistema de captação de energia solar para uma torre de dessalinização térmica com recuperação de calor. 2009. 56 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-21T16:36:43Z No. of bitstreams: 1 2009_dis_rdbalves.pdf: 2398984 bytes, checksum: 8a03386c47ce443e51edf256b3d1c6c3 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T16:33:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_dis_rdbalves.pdf: 2398984 bytes, checksum: 8a03386c47ce443e51edf256b3d1c6c3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T16:33:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_dis_rdbalves.pdf: 2398984 bytes, checksum: 8a03386c47ce443e51edf256b3d1c6c3 (MD5) Previous issue date: 2009-09-02 / This dissertation presents the experimental result of a system to absorb solar energy to heat up a desalination tower with heat recovery mechanism and a change made in the heated water distribution at the heat storage tank. The system to absorb solar energy consists of solar thermal flat plate collectors for high temperatures and it responsible for the conversion of solar radiation in thermal energy to heat up the water to be desalinated. The change made in the storage tank consists of the installation of a stainless steel pipe with holes equally spaced and arrangement to allow a better distribution of the hot water from the solar collectors in the heat storage tank. The desalination unit has two components: two high temperatures solar collectors and a desalination tower with six stages. In its operation, water is heated in the solar collectors and moves by natural convection to the storage tank, to the bottom of the tower. In the tank, the water transfers heat to the salty water in the first stage of the tower. This heated water transfer heat by evaporation, convection and radiation to the second stage and part of its energy is lost to the ambient. The condensed vapor on the walls of the stages flows down by gravity to be collected in a reservoir installed under the desalination tower. The heat received by the second stage is used to heat up the ater in this stage and the process is repeated in all stages. The performance of the desalination unit was satisfactory. The temperature in the storage tank reached values near 85°C and the water temperatures at the outlet of the solar collector were near 100°C. The daily production was 31 liters of desalinated water and the GOR-value (gain output ratio) was 1,54 / Apresenta os resultados experimentais obtidos com u m sistema de captação de energia solar fabricado para o aquecimento de uma torre tér mica de dessalinização com recuperação de calor e com a modificação realizada na distribui ção de água quente no tanque de armazenamento de calor da torre. O sistema de capta ção de energia solar é formado por coletores solares térmicos de placa plana para alta s temperaturas e é responsável pela captação de radiação solar e pela conversão em energia térmi ca para o aquecimento da água a ser dessalinizada. A modificação realizada consiste na instalação de um tubo de aço inoxidável, no qual foram feitos furos passantes igualmente esp açados ao longo do seu comprimento, de forma a permitir uma melhor distribuição de água qu ente no tanque de armazenamento de calor. O dessalinizador é formado por duas unidades : Dois coletores solares de alto de desempenho e uma torre de dessalinização com sete e stágios. Em seu funcionamento, a água é aquecida nos coletores solares e se movimenta para a base da torre (armazenamento). Na base da torre, a água transfere calor para a água salobr a do primeiro estágio da torre. A água aquecida transfere calor por evaporação, convecção e radiação com o segundo estágio e parte de sua energia é perdida para o ambiente. O vapor d ’água condensado nas paredes dos estágios é coletado em um reservatório, localizado abaixo da torre de dessalinização. O calor recebido pelo segundo estágio é utilizado para aque cer a água salobra e o processo de recuperação de calor se repete para os demais estág ios. O dessalinizador apresentou desempenho térmico satisfatório. A temperatura no t anque de armazenamento alcançou valores próximos de 85 ° C e as temperaturas da água na saída dos coletores ficaram próximas a 100ºC. A produção diária foi de 31 litros e o valor do GOR (razão de ganho na saída) foi de 1,54.