Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:31:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317563.pdf: 8639400 bytes, checksum: e568aa8575fdef9652da4542175d8036 (MD5) / Compressores scroll realizam o processo de compressão de um gás através de dois membros conjugados em forma de espiras. Tais elementos são montados de forma invertida e girados de 180° um em relação ao outro, formando múltiplas câmaras de compressão através de diferentes pontos de contato. Uma das principais fontes de ineficiência de compressores de refrigeração é o superaquecimento do fluido refrigerante na sucção e na compressão do gás devido à sua interação com componentes internos do compressor de temperatura elevada. Dois modelos térmicos baseados no método de parâmetros concentrados foram desenvolvidos e calibrados experimentalmente para prever a distribuição de temperatura de compressores scroll, com particular atenção ao superaquecimento do gás no processo de sucção. Resistências térmicas entre os componentes foram baseados em coeficientes de transferência de calor globais, enquanto que a condução de calor ao longo das espiras foi avaliada através de um modelo unidimensional baseado no método de volumes finitos. Os modelos térmicos foram acoplados a um modelo termodinâmico do ciclo de compressão e então aplicados para simular o desempenho do compressor em diferentes condições de velocidade e de razão de pressão. Os modelos foram capazes de prever corretamente a distribuição de temperatura no compressor em condições de operação dentro da faixa daquelas adotadas em suas calibrações. Os resultados mostraram que a condução de calor através das espiras reduz a temperatura de descarga. Além disso, observou-se que a transferência de calor que ocorre no contato metálico entre as espiras atua para produzir uma variação de temperatura linear ao longo das mesmas.<br> / Abstract : Scroll compressors perform the compression process by using two identical inter-fitting, spiral-shaped scroll elements. Such elements are mounted inverted and rotated 180! in relation to each other and, by making contact with each other at sealing points, form multiple compression volumes. The thermodynamic efficiency of scroll compressors is a.ected by heat transfer that takes place during both the suction and the compression processes. Two lumped-parameter thermal models were developed and experimentally calibrated to predict the temperature distribution of scroll compressors with particular attention given to gas superheating in the suction process. Thermal resistances between the components were based on global heat transfer coefficients, whereas conduction heat transfer through the scroll wraps was solved via a one-dimensional finite volume method. The thermal models were coupled to a thermodynamic model of the compression cycle and then applied to simulate the compressor performance under di.erent conditions of speed and pressure ratio. The models were able to correctly predict the compressor temperature distribution for operating conditions within the range of those adopted for its calibration. The model demonstrated that heat conduction through the scroll wraps reduces slightly the discharge temperature. Moreover, it was also observed that the heat transfer that takes place during the metallic contact between scroll wraps acts to produce a linear temperature variation along their length.

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 Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:36:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319127.pdf: 3154387 bytes, checksum: df3960c2e36e238f88a00e8e016bd68c (MD5) Previous issue date: 2013 / A convecção natural em cavidades fechadas tem sido extensivamente investigada em função de sua importância em diversas aplicações tecnológicas, tais como resfriamento de componentes eletrônicos, isolamento de reatores nucleares, conforto térmico em edificações e compartimentos de refrigeradores domésticos. O presente trabalho consiste na investigação experimental da convecção natural turbulenta em uma cavidade paralelepípeda. A cavidade em estudo possui uma razão de aspecto altura/largura igual a quatro e base quadrada, com as paredes verticais mantidas em diferentes temperaturas, resultando em um número de Rayleigh igual a 1,14 x 1010. Medições de perfis de velocidade e tensões de Reynolds são realizadas via velocimetria laser Doppler (LDV) em diferentes seções da cavidade. O escoamento demonstrou ser restrito às regiões próximas das paredes verticais, com velocidades mais elevadas junto à parede quente. Um resultado inesperado foi obtido na região da parede fria, onde logo depois de uma fina camada de fluido que escoa para baixo, o escoamento se dá no sentido ascendente. Através de perfis da componente vertical de velocidade e da visualização via velocimetria por imagens de partículas (PIV), observou-se que isto é provavelmente causado por uma camada de fluido intrusiva que se move para cima. Campos instantâneos de velocidade obtidos pelas medições PIV também indicam a presença de vórtices que se movem ao longo de ambas as paredes verticais. <br> / Abstract : Turbulent natural convection in cavities has been extensively studied due to its importance in various technological applications, such as cooling of electronic components, insulation of nuclear reactors, thermal comfort in buildings and compartments of refrigerators. This master?s thesis reports an experimental investigation of turbulent natural convection in a parallelepiped cavity. The cavity has an aspect ratio height/width equal to four and a square base, with the vertical walls maintained at different temperatures, resulting in a Rayleigh number equal to 1.14 x 1010. Measurements of velocity and Reynolds stresses were carried out via laser Doppler velocimetry (LDV) in different sections of the cavity. The flow was found to be restricted within a very narrow region next to vertical walls, with higher levels of velocity next to the hot wall. Unexpectedly, fluid flow was seen to be upwards after a very thin layer of descending flow along the cold wall. With reference to profiles of vertical velocity component and flow images acquired through PIV, it was observed that this phenomenon is probably associated with a fluid intrusion traveling upwards. PIV measurements also indicate the presence of vortices moving along both vertical walls.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:18:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325164.pdf: 7836417 bytes, checksum: 14962f3df8db1abba960993f292ac222 (MD5) Previous issue date: 2013 / O Brasil e principalmente o estado de Santa Catarina ocupam uma posição de destaque no mercado internacional com respeito à produção e a exportação de carne de frango. Em uma linha de processamento industrial, a etapa de resfriamento de carcaças de frango até a temperatura central do músculo peitoral atingir 4 °C, é de suma importância para garantir a segurança alimentar e a qualidade do produto final. O resfriamento em tanques de imersão em água (chillers), em câmaras frias com circulação de ar forçado e o resfriamento evaporativo são os métodos mais utilizados industrialmente para o resfriamento de carcaças. A técnica de resfriamento de frangos por imersão com água fria é a mais utilizada no Brasil e EUA. No entanto, mercados mais exigentes, como a Europa, restringem esta técnica devido à água absorvida pelas carcaças durante o processamento. Sendo assim, o estudo de métodos alternativos ao resfriamento de carcaças de frangos por imersão que relacionem as condições de operação desta importante etapa industrial do processamento de carne de frango se faz necessário. A primeira etapa deste estudo buscou determinar o coeficiente de transferência de calor convectivo (h) entre uma esfera de alumínio metálica modelo coberta por um tecido de algodão inicialmente molhado ou seco e o ar refrigerado. Evoluções temporais de temperatura da esfera durante o resfriamento foram utilizadas para determinação dos valores de h para diferentes arranjos experimentais (p. ex., esfera descoberta ou coberta por um tecido de algodão molhado ou seco). Os resultados indicaram que, para as mesmas condições experimentais, o recobrimento da esfera com o tecido molhado aumentou o valor de h em aproximadamente três vezes, o que levou a uma grande redução do tempo de processo quando comparado com a esfera descoberta ou coberta com um tecido seco. Na segunda etapa o objetivo foi estudar o processo de resfriamento de carcaças de frango pelos métodos de imersão em água (IA), ar forçado (AF) e um processo combinado de ar frio-imersão em água (CO) em um aparato experimental especialmente desenvolvido para este trabalho. Foram avaliados a evolução temporal da temperatura do músculo peitoral, a variação da massa durante o resfriamento, a modelagem matemática do tempo de resfriamento e as analises termográficas de carcaças de frango submetidas aos processos de resfriamento. Os resultados obtidos indicaram uma tendência de redução da variação da massa e do tempo de resfriamento quando se utilizou um processo CO na comparação com um processo AF, nas mesmas condições de velocidade e UR do ar. Os ajustes da variação da massa e a simulação do tempo de resfriamento foram capazes de descrever os resultados experimentais. Complementando o estudo, as imagens termográficas de infravermelho de carcaças de frango resfriadas permitiram a medição da distribuição das temperaturas internas e superficiais das amostras.<br> / Abstract : Brazil and particularly the state of Santa Catarina occupy a prominent position in the international market with respect to production and export of poultry meat. In a line of industrial processing, the cooling step of poultry carcasses until the core temperature of the muscle pectoralis reaches 4 ° C, is important to ensure food safety and product quality. The water immersion cooling tanks (chillers), in cold rooms with forced air circulation and evaporative air cooling are the most widely used methods for industrial cooling of carcasses. The cooling technique of poultry by immersion in cold water is the most widely used in Brazil and the USA. However, the most demanding markets, such as Europe, restricting this technique due to the water uptake by the carcases during processing. Thus, the alternative methods study to cooling poultry carcasses by immersion that relate operating conditions of this important stage in the industrial processing of poultry meat is required. The first step of this study determine the coefficient of convective heat transfer (h) between a metallic spherical model covered by cotton tissue initially wet or dry, and cooling air. Temporal temperature evolutions during cooling of the sphere were used to determine the values of h for different experimental arrangements (e. g. Uncovered sphere or sphere covered with wet or dry cotton tissue). The results indicated that for the same experimental conditions, the coating of the sphere with wet cotton increased the h value about three times, resulting in a large reduction of processing time when compared with the uncovered and with the sphere covered by dry tissue. In the second stage the aim was to study the cooling process of poultry carcasses by water immersion (WI), forced air (FA) and a combined process of forced air-water immersion (CO) in an experimental apparatus specially developed for this work. The evaluated parameters were the temporal temperature evolution of the pectoral muscle, the mass variation during cooling, the mathematical modeling of the cooling time and thermographic analysis of carcasses subjected to cooling processes. The results indicated a decreasing trend in the mass variation and cooling time when using a CO process compared with the AF under the same conditions of velocity and RH air. The mass variation adjustments and the simulation of the cooling time were able to describe the experimental results. Complementing the study, infrared thermographic images of poultry carcasses cooled allowed the measurement of the distribution of internal and surface temperatures of the samples.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-17T03:16:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343115.pdf: 2569414 bytes, checksum: 500f50c26f5aade2bae3bfa3afebefea (MD5) Previous issue date: 2016 / Trocadores de calor assistidos pela tecnologia de termossifões são equipamentos altamente eficientes. Estes tipos de dispositivos podem transferir altas taxas de calor, com baixas resistências térmicas, entre dois escoamentos com diferentes temperaturas. Diferentes configurações geométricas podem ser adotadas, dependendo da aplicação, incluindo os trocadores de fluxo cruzado ou casco tubos. Nestes tipos de trocadores de calor, os fluxos das correntes quente e fria ocorrem externamente ao feixe de tubos. Para a estimativa dos coeficientes de troca de calor externa por convecção externa e a para a determinação das perdas de carga monofásicas, são usadas correlações experimentais. Entretanto, correlações experimentais podem não estar disponíveis para geometrias complexas ou/e quando as propriedades termofísicas ficam fora do intervalo de validade, como acontece com fluidos muito viscosos. Ferramentas de dinâmica de fluidos computacional (CFD) mostram ter grande aplicabilidade no projeto de trocadores de calor. Uma das principais dificuldades no estudo de trocadores assistidos por termossifões é selecionar uma correlação apropriada para acoplar termicamente os fenômenos internos de mudança de fase com os escoamentos em convecção forçada externa ao feixe de tubos. Neste trabalho, é proposta uma metodologia de acoplamento térmico empregando ferramentas numéricas para trocadores de calor com termossifões. A metodologia acopla o modelo de resistência térmica equivalente para termossifões, associada à mudança de fase interna, com as simulações numéricas dos escoamentos externos. Foram estudados três casos: o primeiro consiste de um termossifão único trocando calor com duas correntes fluidas em escoamento cruzado, o segundo de um feixe de termossifões e finalmente, no terceiro caso, foi analisado um trocador de calor completo do tipo casco casco assistidos por termossifões. Para a avaliação do coeficiente externo de transferência de calor por convecção, foram comparadas as previsões feitas pelas correlações experimentais presentes na literatura contra as respectivas estimativas obtidas da análise computacional. Os resultados obtidos apresentam boa concordância entre os modelos numéricos e os modelos semianalíticos analisados.<br> / Abstract : Two-phase thermosyphon heat exchangers are highly efficient equipment. They can transfer high heat flux rates, with low thermal resistances, between two fluid streams at different temperatures. Different geometry configurations can be adopted, depending on the application, including: cross-flow and shell and tube, among others. These equipment are normally designed using convection heat transfer and friction empirical correlations for cross-flow external to the tube banks, which are coupled with thermosyphon internal thermal resistance correlations. However, correlations may not be available for complex geometries and/or when the fluid thermophysical properties are outside the valid range of the cross-flow correlations, as happens with very viscous fluids. Computational fluid dynamic (CFD) tools have shown to be a powerful design tool for this type of equipment. The main difficulty that arises with this approach is to select the appropriate correlations to be used to couple the thermosyphon internal phase change phenomena with the external forced convection over the evaporator and condenser outside walls. In this work, a numerical model for thermal coupling in two-phase thermosyphon heat exchangers is proposed. This methodology couples thermosyphon total thermal resistance model, which is associated with the internal phase change, with the numerical simulation of the external flows. For a comparison purposes, three cases were studied: the first consists of a single thermosyphon, with external cross-flow the second is thermosyphon bundle in cross-flow and, finally, a complete thermosyphon shell and shell heat exchanger. To validate the external convection heat transfer coefficients obtained numerically, they were compared with experimental correlations available from literature. The obtained results show good agreement between the numerical and the semi-analytical models.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-31T03:08:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343720.pdf: 2037557 bytes, checksum: 9fa3a75bec05f074541dcb7113b66c77 (MD5) Previous issue date: 2016 / Uma análise da viabilidade técnico-econômica de sistemas solares com-binados a bombas de calor para aquecimento de água é conduzida neste trabalho com o objetivo de estimular o uso de energia solar térmica no Brasil. Duas configurações distintas são propostas: (1) sistema solar com dois reservatórios conectados em série e uma bomba de calor ar-água atuando como fonte de energia auxiliar; e, (2) sistema solar com dois reservatórios conectados em paralelo e uma bomba de calor água-água. Além dessas, duas configurações alternativas para o sistema solar convencional foram tomadas como referência para as análises. Todos os sistemas foram modelados no software TRNSYS, dedicado a simulações transientes, considerando-se dados climatológicos de um ano meteoro-lógico típico (typical meteorological year - TMY) para cidade de Flori-anópolis-SC. Dados de catálogo fornecidos por fabricantes foram utili-zados para determinar o desempenho dos coletores solares e das bombas de calor. Os sistemas são direcionados ao aquecimento de água em larga escala, isto é, a empreendimentos com grande consumo de água quente, como condomínios residenciais, hospitais e hotéis, visto que possuem maior potencial para economia de energia e redução de custo, justificando assim o aumento do investimento inicial devido à introdução da bomba de calor no sistema. Nesse sentido, busca-se determinar qual dos sistemas retornará ao usuário a melhor relação custo-benefício segundo o critério do ganho líquido no ciclo de vida do empreendimento. O método de Monte Carlo foi utilizado para analisar o impacto de incertezas do padrão de consumo na viabilidade econômica dos sistemas. Os resultados mostram que todos os sistemas apresentados são capazes de proporcionar ganhos líquidos positivos ao usuário. A quantificação desse ganho depende, no entanto, do dimensionamento dos sistemas em função da área de coletores, do tamanho dos reservatórios de armazenamento de energia e da capacidade da bomba de calor, além dos parâmetros econômicos adotados. De modo geral, o sistema combinado à bomba de calor ar-água demonstrou desempenho superior em termos de eficiência energética global em relação aos demais, e foi capaz de proporcionar ganhos líquidos comparáveis aos sistemas solares convencionais.<br> / Abstract : This work presents an analysis of the simulated performance of two combined solar heat pump water heating systems, aiming to provide technical data to promote the use of thermal solar energy in buildings in Brazil. Two configurations of combined solar-heat pump domestic water heating systems were proposed: (1) a dual tank solar system combined to an air-source heat pump (ASHP); and, (2) a dual tank solar system combined to a water source heat pump (WSHP). A single and a dual tank traditional solar system were also undertaken as reference systems. The four systems of interest were modeled in the TRNSYS software and simulated for a year in order to compare their performances. Simulations were performed for a typical meteorological year (TMY) using climate data of Florianópolis, Brazil. Actual manufacturers catalog data were used to simulate both the solar collector and the heat pumps performances. Focus is given on large daily hot water consumers, such as multi-residential buildings, hospitals or hotels, in order to explore their higher potential for energy and cost savings, and improve the economic justifiability of the proposed systems through the economy of scale. The economic feasibility of the proposed systems was assessed by means of Life Cycle Savings Analysis (LCSA). Uncertainty analysis was carried out through a Monte Carlo approach. Results showed that all systems are profitable. The potential savings depend however on different combinations of economic parameters as well as design parameters such as collector area, storage volume and heat pump capacity. In general, the solar system combined to an ASHP showed better performance, and was able to provide economic savings comparable to the traditional solar systems.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T07:49:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 190966.pdf: 3638950 bytes, checksum: a3724fe475f09272a652d55b986457ed (MD5) / Tubos de calor criogênicos são dispositivos de controle térmico de satélites que são utilizados principalmente para o controle térmico de superfícies ópticas, sistemas de câmeras infravermelhos, detectores de raios-X, e telescópios em ambiente espacial. Atualmente, pesquisas estão sendo realizadas para incluir outras aplicações de tubos de calor criogênicos, como o resfriamento de dispositivos eletrônicos, particularmente em ambientes de microgravidade. Os mais recentes desenvolvimentos teóricos e experimentais sobre a análise da partida supercritica de tubos de calor criogênicos, efetuada no Núcleo de Controle Térmico de Satélites, da Universidade Federal de Santa Catarina em cooperação com a Universidade de Clemson, são apresentados. Este projeto de pesquisa foi financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq, Fundação CAPES, e Agência Espacial Brasileira, como parte do Programa Uniespaço. O propósito deste trabalho é descrever as técnicas teóricas e experimentais utilizadas para a análise da partida supercritica de tubos de calor criogênicos sob várias condições operacionais. Embora o texto principal desta tese é escrito em inglês, uma sinopse em português é apresentada ao término de cada capítulo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T13:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 208191.pdf: 7881081 bytes, checksum: 28db32431b10c60bfb08c3468211334a (MD5) / A predição da distribuição de temperatura em uma máquina elétrica girante é tão importante quanto a predição do seu rendimento. Apesar da importância de se conhecer a temperatura no interior de máquinas elétricas girantes a literatura disponível não apresenta metodologias que possibilitem obter tal informação de forma satisfatória, que façam uso do estado da arte referente ao conhecimento disponível em escoamento e transferência de calor. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo térmico híbrido para determinar a distribuição de temperatura em um motor de indução, operando em regime permanente. O modelo térmico híbrido consiste na combinação de parâmetros térmicos globais e de parâmetros térmicos distribuídos nas diferentes partes da máquina. Na análise da distribuição da temperatura é de fundamental importância o conhecimento de dois parâmetros principais: a distribuição das perdas (fontes de calor) envolvidas na máquina, e no presente trabalho estas perdas são avaliadas através de ensaios elétricos, e distribuídas no estator e no rotor; e o coeficiente convectivo de transferência de calor da superfície externa da máquina. A análise deste coeficiente convectivo baseia-se nos resultados do modelo numérico utilizado na simulação do escoamento e transferência de calor da superfície externa do motor através do método de volumes finitos. O modelo proposto é aplicado para um motor de indução trifásico (50cv, 440V e IV pólos). A validação do modelo é obtida através de dados experimentais de temperatura e fluxo de calor em pontos estratégicos nas diferentes partes do motor.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduaçao em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T18:48:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226675.pdf: 11977958 bytes, checksum: 3e49a7da6dc8960938ca4c1c9dd46bf7 (MD5) / Novos avanços tecnológicos têm sido alcançados com circuitos de tubos de calor e circuitos de bombas capilares. Na sua forma mais simples, o sistema é constituído por uma bomba capilar, um condensador, um reservatório e linhas para transporte de líquido e de vapor. A circulação do fluido de trabalho pode ser conseguida através de estruturas capilares constituídas de níquel ou de aço inoxidável sinterizado, polietileno e nylon. Micro-ranhuras internamente usinadas axial ou circunferencialmente a tubos também se apresentam como alternativa viável para o bombeamento do fluido térmico, garantindo a movimentação do fluido na ausência da gravidade. Circuitos de bombas capilares não têm necessidade de potência elétrica externa para o seu funcionamento e não apresentam vibrações e desgaste devido à ausência de partes móveis. Além disto, são flexíveis no que diz respeito ao posicionamento e número de condensadores e evaporadores, localizados em diferentes posições, reduzindo o peso da estrutura de controle térmico, que é um requisito fundamental em satélites e mesmo estações orbitais. Atualmente, para de torná-las confiáveis e competitivas, as pesquisas enfocam na minimização de problemas relacionados com a partida, a presença de bolhas de vapor no canal de líquido, a presença de gases não condensáveis e a capacidade de recuperação das bombas capilares em caso de colapso. Neste trabalho, resultados teóricos para a condição de regime permanente, relacionados ao comportamento termodinâmico e de transferência de calor do circuito são apresentados, considerando que a evaporação do fluido térmico ocorre na interface entre o elemento poroso e a parede interna da bomba capilar. O modelo proposto considera como critério básico, que o sistema opera em condição estável, enquanto a frente de vapor se mantiver na interface. Os valores de potências, bem como campos de temperaturas calculadas pelo modelo foram comparados com valores medidos em laboratório. Ao contrário de bombas capilares de micro-ranhuras circunferenciais, bombas capilares de elementos porosos conferem maior capacidade de transferência de calor, mas tem um comportamento instável em situações próximas aos limites de operação, exigindo cuidados especiais tanto na montagem quando na escolha e na qualidade do fluido de trabalho. Duas bancadas experimentais foram utilizadas para avaliação das bombas capilares desenvolvidas neste trabalho. As bombas testadas apresentaram capacidades de bombeamento capilar variáveis na faixa de 3 a 25 kPa considerando diferentes tipos de materiais como elementos porosos, como polietileno, níquel, aço inoxidável, e material cerâmico a base de alumina. Os resultados experimentais foram obtidos utilizando acetona e amônia como fluido de trabalho. O comportamento térmico das bombas capilares de elementos porosos foi comparado com o comportamento térmico de bombas capilares de micro-ranhuras circunferenciais, utilizando acetona e amônia como fluidos de trabalho. Os resultados do trabalho mostram o potencial de utilização das bombas capilares de elementos porosos e apontam as direções nas quais o sistema poderia ter seu comportamento otimizado. O modelo teórico apresenta resultados satisfatórios, requerendo ainda ajustes complementares para que ele seja definitivamente validado com os resultados experimentais

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduaçao em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T18:57:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226677.pdf: 3589258 bytes, checksum: d862090072d7d7df3e58c2930c7f8308 (MD5) / O uso de ferramentas computacionais na simulação numérica do escoamento, combustão, transferência de calor e formação de poluentes em centrais termelétricas vem recebendo atenção crescente na solução de problemas diversos. Diferentes códigos computacionais existentes no mercado representam hoje uma ferramenta de valor fundamental no aperfeiçoamento de projetos de novas unidades geradoras de vapor, permitindo otimizar condições de operação, reduzir as emissões de poluentes, investigar o mau funcionamento dos equipamentos e propor as medidas corretivas pertinentes. No caso específico das unidades geradoras de vapor do complexo Jorge Lacerda de Capivari de Baixo-SC, a maioria das paradas forçadas ocorre devido a falhas em tubos de caldeiras devido na maioria dos casos a falhas por fluência. A deposição de cinzas nas superfícies de transferência de calor de caldeiras é também um problema associado ao uso de carvão pulverizado, pois reduz a transferência de calor na caldeira, diminuindo assim a sua eficiência térmica. Este trabalho tem como objetivo aplicar um modelo de cálculo tridimensional e complementá-lo de forma a descrever o escoamento, transferência de calor e deposição de cinzas na zona dos painéis de tubos radiantes de uma caldeira com queima de carvão pulverizado de uma central termelétrica existente. A descrição do escoamento e transferência de calor por convecção em feixes tubulares baseia-se em correlações empíricas aplicadas com propriedades locais. As trocas de calor por radiação baseiam-se no método das zonas acoplado com o cálculo da irradiação da fornalha na seção de entrada dos feixes tubulares, calculada pelo modelo tridimensional. Para analisar a transferência de calor nos tubos, implementou-se ainda o cálculo da distribuição do escoamento nos tubos, explorando a possibilidade de se utilizar controladores de fluxo. Para analisar a deposição de cinzas nas paredes dos tubos, desenvolveu-se e aplicou-se um modelo baseado nos conceitos de eficiência de impacto e probabilidade de adesão das partículas. São comparados resultados numéricos com medidas da temperatura nos supereaquecedores e reaquecedores de uma caldeira de central termelétrica existente, para diferentes condições de operação. Analisou-se a influência exercida pelos queimadores localizados na câmara de combustão e simulou-se também o uso de controladores de fluxo de vapor para a uniformização das temperaturas dos feixes tubulares. Foram efetuados cálculos do arraste e deposição de partículas nas paredes da caldeira e quantificados os fluxos de partículas à entrada dos feixes tubulares, permitindo concluir que a distribuição é muito influenciada pelos cálculos junto ao queimador. A fração de partículas que adere nas superfícies é estimada entre 47 e 78% do total das partículas incidentes.