Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T03:30:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T02:24:04Z : No. of bitstreams: 1 183732.pdf: 34252048 bytes, checksum: dee4ca66ed72d20a47213e676c26eab0 (MD5) / A crise energética que o país atravessa estimula o desenvolvimento de pesquisas visando fontes alternativas e a otimização de processos que envolvam transferência de calor e escoamento bifásico. Circuitos de termossifões bifásicos são dispositivos semelhantes aos termossifões normais, onde o evaporador e o condensador são unidos através de tubulações. Desta forma, não ocorre o escoamento em contracorrente, uma vez que o fluido de trabalho se movimenta em uma direção pré determinada. Para uma melhor compreensão dos fenômenos que ocorrem no interior destes circuitos, é interessante visualizar o escoamento do fluido no interior do circuito. Para isto, primeiramente, construiu-se um termossifão bifásico em circuito de geometria retangular feito de vidro. Os trocadores de calor, localizados nas seções verticais, onde estão o evaporador e o condensador, também foram feitos de vidro. Assim, foi possível visualizar o escoamento e identificar as regiões mais críticas do sistema, que necessitavam de uma maior instrumentação. Posteriormente, um circuito de termossifão bifásico de mesma geometria foi construído em aço inoxidável. Em ambos os aparatos, o fluido de trabalho utilizado foi a água destilada. Conjuntamente, um modelo analítico de resistências térmicas equivalentes foi desenvolvido. Correlações de Groll e Rösler e de Kaminaga foram utilizadas para a determinação do coeficiente de transferência de calor interno ao tubo para a condensação e correlações de Rohsenow, de Borishanski, de Stephan e Abdelsalam e de Kutateladze para a ebulição no evaporador. A comparação entre modelo matemático e dados experimentais é boa, mostrando que o modelo pode ser utilizado como uma ferramenta de projeto. Tanto o modelo matemático desenvolvido, quanto os resultados experimentais mostram que o termossifão em circuito é um eficiente dispositivo capaz de transferir calor e ainda homogeneizar temperaturas. Portanto, esta tecnologia pode ser aplicada em fornos de cocção ou em qualquer outro dispositivo que necessite de uma homogeneização de temperaturas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T08:38:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 190192.pdf: 2492769 bytes, checksum: a42b0218e2fe8716523bc19c5b407450 (MD5) / A condução de calor transiente em um sólido durante o processo de ablação representa uma área de grande importância tecnológica. Problemas deste tipo são inerentemente não-lineares e envolvem fronteiras móveis não conhecidas a priori. Devido a estes fatores, soluções analíticas exatas para a transferência de calor transiente relativa ao fenômeno ablativo são difíceis de serem obtidas e praticamente inexistentes na literatura. Apenas soluções numéricas e aproximações analíticas são encontradas e necessitam de considerável processamento computacional, mesmo no caso de modelos simplificados. Este trabalho traz como contribuição o desenvolvimento de dois métodos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T11:59:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T00:12:29Z : No. of bitstreams: 1 183792.pdf: 5116793 bytes, checksum: d4a2d672cdffe3b9cc33d5bffac95fb6 (MD5) / A necessidade de se desenvolver equipamentos cada vez mais compactos e com altas taxas de transferência de calor como, por exemplo, em trocadores de calor tipo placa, em evaporadores com tubos micro-aletados, entre outros, fez com que o estudo da ebulição se desenvolvesse nestas últimas décadas. No presente trabalho, são apresentados resultados experimentais referentes à transferência de calor por ebulição de placas planas para o fluido de resfriamento R-113, em banho, nos regimes de convecção natural e de ebulição nucleada, à pressão atmosférica e fluxos de calor baixo e moderado (< 45 kW/m2), com temperaturas do banho próximas de 20, 30 e 45 oC. Foram testadas duas placas de aço inoxidável, uma com deposição de alumínio e a outra sem. Foram analisados os efeitos da orientação da superfície aquecedora em relação ao vetor aceleração da gravidade e da temperatura do fluido refrigerante. O efeito quanto ao tipo de superfície também foi analisado. O coeficiente de transferência de calor experimental, para a placa lisa, foi comparado com os coeficientes obtidos pelas correlações de Rohsenow, Cooper, Borishanski e Stephan e Abdelsalam. Em todos os testes, o coeficiente de transferência de calor para a placa com superfície aquecedora voltada para baixo foi maior do que para o caso com a superfície aquecedora voltada para cima. Isto é devido à formação de grandes bolha de vapor com uma película de líquido entre estas e a superfície aquecedora, acarretando a vaporização da película de líquido.

Orientador : Prof. Dr. Maurício Felga Gobbi / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Defesa: Curitiba, 2014 / Inclui referências : f. 95-97 / Resumo: O presente trabalho trata do estudo de estratificação térmica em reservatórios. O ciclo de estratificação térmica é suposto ser influenciado principalmente pelas condições meteorológicas. Assim, os processos de troca de calor que ocorrem na interface ar-água como a radiação solar incidente de onda curta, a radiação atmosférica incidente de onda longa, a radiação emitida pela superfície da água, a perda de energia por evaporação e a perda ou ganho de energia por calor sensível são considerados os principais processos que alteram o regime térmico do reservatório. As fontes de calor laterais e o fluxo de calor no fundo são consideradas desprezíveis. O conceito de temperatura de equilíbrio e de coeficiente de troca de calor são utilizados para estimar o fluxo de energia total que ocorre na interface ar-água. Para resolver a distribuição de temperatura ao longo da coluna d'água, um modelo matemático é desenvolvido no qual utiliza-se a equação da transferência de calor unidimensional. A equação da transferência de calor é resolvida numericamente pelo Método de Diferenças Finitas, esquema de Cranck-Nicolson. O coeficiente de difusão turbulenta é parametrizado em relação à velocidade do vento e gradientes estáveis ou neutros de temperatura na coluna d'água. Após alguns estudos de casos simplificados do modelo proposto (Caso 1 a 3), o modelo é aplicado para descrever o ciclo de estratificação térmica do Reservatório do Rio Verde localizado na região metropolitana de Curitiba-PR, Brasil, entre junho de 2009 e dezembro de 2010 (Caso 4 e 5). Caso 4: Entre o ano de 2009 e 2010, os resultados de temperatura de equilíbrio estimados apresentaram os maiores valores no período de estudo e proporcionaram situações de forte estratificação do reservatório. De abril a setembro de 2010, os perfis de temperatura medidos mostraram um reservatório praticamente isotermal e os resultados obtidos pelo modelo apresentaram boa concordância nesse período. A partir de setembro de 2010, os perfis de temperatura medidos mostram uma situação de forte estratificação, porém, o modelo não foi capaz de reproduzir tal situação devido aos baixos valores de temperatura de equilíbrio estimados. A defasagem entre a temperatura de equilíbrio e a temperatura da superfície da água apenas foi possível assumindo um coeficiente de troca de calor constante. Caso 5: Utilizando um coeficiente de troca de calor estimado a partir de uma expressão analítica, os resultados mostraram que a temperatura da superfície da água e a temperatura de equilíbrio estavam em fase e apresentou valores próximos. O Caso 5 apresentou melhor concordância com os dados comparado ao Caso 4. Embora, em algumas situações o modelo não tenha reproduzido a forte estratificação observada, a proposta que o regime térmico do Reservatório do Rio Verde é influenciado pelas condições meteorológicas mostrou-se bastante satisfatória. Palavras-chaves: Estratificação térmica de corpos d'água. Equação da transferência de calor unidimensional. Temperatura de equilíbrio. / Abstract: The present work refers to the study of thermal stratification in reservoirs. The cycle of thermal stratification is supposed to be mainly influenced by the meteorological conditions, including solar radiation, air temperature, relative humidity and wind speed which are the external forcing that alter the thermal regime of the reservoir. Thus, the processes of heat exchange that occur at the air-water interface as the short-wave solar radiation, the longwave atmospheric radiation, the long-wave radiation emitted from the water surface, the energy loss by evaporation and the loss or gain energy by heat conduction are considered the main processes that alter the thermal regime. The sources of lateral heat and the heat flux at the bottom are considered negligible. The concept of equilibrium temperature and heat transfer coefficient are used to estimate the total energy budget that occurs at the air-water interface. To resolve the temperature distribution throughout the water column, a mathematical model is developed in which the equation of one-dimensional heat transfer was used. The equation of heat transfer is numerically solved by the Method of Finite Differences, Crank-Nicolson scheme. The coefficient of turbulent diffusion is parameterized in relation to the wind speed and stable temperature gradients in the water column. After some studies of simplified cases of the proposed model (Case 1 to 3), the model is applied to describe the cycle of thermal stratification of Rio Verde Reservoir located in the metropolitan region of Curitiba-PR, Brazil, between June 2009 and December 2010 (Case 4 and 5). Case 4: Between 2009 and 2010, the results of the estimated equilibrium temperature showed the highest values during the study period and provided situations of strong stratification of the reservoir. From April to September 2010, the measured temperature profiles showed a nearly isothermal reservoir and the results obtained by the model showed good conformity in this period. From September 2010, the temperature profiles measured showed a situation of strong stratification, however, the model was not able to reproduce such situation due to the low temperature values of estimated equilibrium temperature. The lag between the equilibrium temperature and the surface temperature of the water was only possible taking a constant coefficient of heat exchange. Case 5: Using a coefficient of heat exchange estimated from an analytical expression, the results showed that the surface temperature of the water and the equilibrium temperature were in phase and showed similar values. The Case 5 showed better agreement with the data compared to Case 4. Although in some situation the model has not reproduced the strong stratification observed, the proposal that the thermal regime of the Rio Verde Reservoir is influenced by the meteorological conditions proved to be quite satisfactory. Key-words: Thermal stratification of water bodies. Equation of one-dimensional heat transfer. Equilibrium temperature.

Orientador : Prof. Dr. José Viriato Coelho Vargas / Co-orientador : Prof. Dr. Juan Carlos Ordonez / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 05/06/2015 / Inclui referências : f. 83-88 / Resumo: Esta Tese de doutorado apresenta um modelo matematico adimensional simplificado para um sistema de refrigeracao de compressao de vapor, operado em regime transiente, com objetivo de otimizar a resposta dinamica do sistema. O modelo combina os principios da termodinamica e da transferencia de calor e de massa aplicando-os aos componentes do sistema, assumindo volumes de controle termodinamicos para cada um dos componentes. O sistema de equacoes diferenciais ordinarias resultante e integrado em relacao ao tempo, com precisao e baixo tempo computacional. Grupos adimensionais adequados sao identificados e os resultados apresentados na forma de graficos normalizados com aplicacao geral para os sistemas semelhantes. Um sistema de refrigeracao piloto foi construido, instrumentado e utilizado para obtencao de dados reais de temperatura. Assim, o modelo foi ajustado a partir de um conjunto de dados experimentais e, entao, validado experimentalmente usando outro conjunto de dados experimentais. A seguir, o estudo aborda a otimizacao da alocacao de area total de troca termica entre os trocadores de calor, evaporador e condensador, para minimizar o tempo de pull-down. A avaliacao do desempenho do sistema e conduzida para tres fluidos refrigerantes: i) um refrigerante banido (CFC12), ii) um alternativo em relacao ao CFC12 com ODP = 0, mas com um alto potencial de aquecimento global, GWP (HFC134a), e iii) um dos atuais substitutos para o R134a, o HFO1234yf. Os resultados dinamicos mostram que, para um sistema projetado para utilizacao de R12, a substituicao por R1234yf descreve um desempenho do sistema mais proximo do R12 do que a substituicao por R134a. A configuracao ideal que promove, em estado estacionario, o maior coeficiente de performance (COP) e a maxima eficiencia de segunda lei tambem e investigada. Os resultados normalizados, para os refrigerantes R12, R134a, e R1234yf, mostram que a distribuicao ideal da area total de transferencia de calor entre o evaporador e o condensador, representada pela fracao da area total destinada ao evaporador, x4,opt 0,55, garante ao sistema o menor tempo de pull-down e maxima eficiencia de segunda lei. Entretanto, o maximo COP e obtido quando x4,opt 0,40. Esta diferenca, que ocorre na alocacao ideal de area quando analisado o tempo de pull-down e a eficiencia de segunda lei em relacao a alocacao ideal de area quando avaliamos o COP, e justificada pelo fato de que a analise de primeira lei nao contempla completamente as perdas termodinamicas do sistema devido as alteracoes nas areas dos trocadores de calor, mostrando a importancia da analise de segunda lei para obter resultados reais. No entanto, as variacoes na alocacao otima de area de troca termica do sistema foram observadas quando a razao entre os coeficientes globais de transferencia de calor dos trocadores afasta-se de 1. Este fato foi observado com R1234yf, evidenciando a importancia da analise de segunda lei para o projeto real de sistemas de refrigeracao por compressao de vapor. Palavras-chave: Refrigeracao. Alocacao de area. Trocador de calor. Area de transferencia de calor / Abstract: This study introduces a dimensionless simplified mathematical model of a vapor compression refrigeration system, in order to optimize the system dynamic response. The model combines principles of thermodynamics, heat and mass transfer applied to the system components with empirical correlations, assigning thermodynamic control volumes to each component, which yield a system of ordinary differential equations with respect to time that is integrated explicitly and accurately with low computational time. Appropriate dimensionless groups are identified, and the results are presented in the form of normalized charts for general application to similar systems. A pilot cooling system was built, instrumented and used to obtain temperature data. Thus, the model has been adjusted from a set of experimental data and, then, experimentally validated using other experimental data set. The study addresses the optimization of the heat exchangers heat transfer area inventory for minimum pull down time. A system performance comparison is conducted for three refrigerant fluids: i) a banned refrigerant (CFC12); ii) its original ozone depletion harmless substitute, but with a high global warming potential, GWP (HFC134a), and iii) one of the current substitutes of R134a, HFO1234yf. The dynamic results show that, for a system originally designed for R12, substitution with R1234yf depicts a closer performance to R12 than R134a. The optimal configuration that leads to steady state maximum system first (or coefficient of performance, (COP), and second law efficiencies is also pursued. The normalized results for refrigerants R12, R134a, and R1234yf show that an optimal heat transfer area distribution in both evaporator and condenser, represented by an evaporator to total system heat exchanger area ratio x4,opt 0.55 , leads the system to minimum pull down time and maximum system 2nd law efficiency, whereas x4,opt 0.4 to maximum COP, when the heat exchangers global heat transfer coefficients are of the same magnitude. The difference in the optimum location when the objective function is the pull-down time (and second law efficiency) and COP is due to the fact that the first law analysis does not fully capture the thermodynamic losses due to changes in heat exchangers' areas, which stresses the importance of a system second law assessment for realistic results. However, changes in the optima location are observed when the ratio of heat exchangers global heat transfer coefficients departs from 1. This fact was observed with refrigerant R1234yf, which points out their importance for actual refrigeration vapor compression systems design. Key-words: Refrigeration. Optimal area allocation. Heat exchanger. Total heat transfer area.

Orientador : Prof. Dr. Luiz Fernando de Lima Luz Junior / Coorientador : Prof. Dr. David Alexander Mitchell / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 30/03/2016 / Inclui referências : f.101-108 / Resumo:A fermentação em estado sólido (FES) demonstra grande potencial por apresentar grande produtividade volumétrica e baixos custos de operação. Porém existem grandes desafios para que esta rota de produção seja aplicada em grandes escalas. Corridas de fermentação e testes para a larga escala são demasiadamente caras e demoradas e, devido a isto, os modelos matemáticos e as simulações computacionais tornam-se ainda mais importantes para a superação destes desafios. As técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD) estão cada vez mais acessíveis, contudo não se encontra na literatura nenhuma aplicação do CFD em sistemas de FES. No trabalho atual, utilizou-se o software comercial de fluidodinâmica computacional ANSYS Fluent® 16.0 para desenvolver um modelo matemático para a transferência de calor e massa, juntamente ao crescimento microbiano em um biorreator em escala piloto de leito fixo. As simulações levam em consideração a dinâmica do fluxo em meios porosos, o não equilíbrio térmico e de concentrações de água entre as fases sólida e gasosa, o crescimento da biomassa (microrganismo), a geração de calor e água metabólicos, e a variação da permeabilidade do leito ao longo do tempo. Este modelo foi manualmente incluído no software por meio de UDFs (User Defined Functions). O uso do CFD apresenta a vantagem de prever possíveis gradientes de temperatura e de transferência de massa radiais gerados pela geometria complexa do sistema. A geometria foi baseada no biorreator piloto localizado nas instalações da Universidade Federal do Paraná. Ela foi desenhada em 3D no software ANSYS ICEM CFD® 16.0 e transportada para o Fluent para configurar todas as condições de operação. Baseou-se as simulações em dois experimentos de condições distintas, visando representá-los e compará-los aos resultados obtidos por CFD. Um experimento de FES foi promovido através do cultivo do fungo Aspergillus niger no biorreator piloto, cujas condições iniciais foram aplicadas para a simulação final do cultivo. Para a obtenção de parâmetros de permeabilidade, foram feitas medições de perda de carga em corridas de fermentação no biorreator piloto. O valor da perda de carga predita é similar à medida no experimentalmente. O mesmo modelo matemático foi capaz de descrever coerentemente as dinâmicas de transferência de calor e massa de ambos os experimentos. A predição do crescimento biológico ao longo do cultivo também produziu perfis de concentração de biomassa e de temperatura do leito concordantes com observações experimentais. Desta forma, se desenvolveu um meio robusto e confiável de testar condições de operação para produções de larga escala em biorreatores de fermentação em estado sólido. Palavras-Chave: Fermentação em Estado Sólido, FES, Fluidodinâmica Computacional, CFD, ANSYS Fluent. / Abstract: Solid-state fermentation (SSF) has potential advantages for the production of certain biotechnological products, due to its large volumetric productivity and low operating costs. However, there are major challenges in obtaining adequate heat and mass transfer when this fermentation method is used at large scales. Mathematical models and computer simulations are useful tools for designing strategies to overcome these challenges, given the cost of large-scale fermentation experiments. It is therefore surprising that, to date, there are few examples of the application of computational fluid dynamics (CFD) to SSF bioreactors. In the current work, we used the commercial CFD software ANSYS FLUENT® 16.0 to develop a mathematical model for heat and mass transfer along the microbial growth in a pilot-scale packed-bed bioreactor. On the simulation were taken into account: the dynamics of airflow in the porous substrate bed; the lack of thermal and moisture equilibrium between the solid and gas phases; and the influence of the biological growth on the solid consumption, bed porosity and permeability and on the balances due the metabolic heat and water productions The model was inserted into the commercial CFD software ANSYS Fluent® 16.0 through UDF's (user defined functions). CFD models can predict radial temperature and mass transfer gradients in complex geometries of flow. The mesh and geometry were based on the pilot-scale bioreactor, located at the Federal University of Paraná facilities. The 3D geometry was drawn using ANSYS ICEM CFD® 16.0 and exported to Fluent in order to set all the operational conditions. The simulation conditions were based on two different experiments, aiming to represent them and compare them to the obtained CFD results. A SSF experiment was performed by growing the fungus Aspergillus niger on the pilot-scale bioreactor, which initial conditions were applied on the final cultivation simulation. The permeability parameters were estimated by the pressure drop data taken from the SSF run. The predicted pressure drop values were similar to the experimental readings. The same mathematical model was capable of describe coherently the dynamics of mass and heat transfer of both experiments. The biological growth prediction over the cultivation also produced biomass concentration and temperature profiles showed to be accordant to the experimental observations. Thus, the work intends to provide the basis for the development of a robust and reliable model for testing operating conditions and control strategies for large-scale cultivation in SSF bioreactors. Keywords: Solid State Fermentation, SSF, Computational Fluid Dynamics, CFD, ANSYS Fluent

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-03-11Bitstream added on 2014-06-13T19:46:37Z : No. of bitstreams: 1 cordeirojunior_lc_dr_guara.pdf: 26764904 bytes, checksum: f7a14544620922ba6b0419870a35c082 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho estuda-se a convecção mista laminar em regime permanente em cavidades retangulares com fonte de calor para diferentes razões de aspecto. Para a determinação das distribuições de velocidades e temperaturas são utilizadas as equações da conservação da massa quantidade de movimento e de energia com a aproximação de Boussinesq. A solução das equações diferenciais é feita através do método de volumes finitos utilizando o esquema de discretização de Power-Law, proposto por Patankar e o procedimento SIMPLE foi empregado para obtenção do acoplamento pressão-velocidade. O modelo foi inicialmente utilizado para simulação de convecção natural, com objetivo de validação e comparação com resultados de problemas similares encontrados na literatura. Posteriormente foi estudad a convecção mista, para diferente condições de contorno envolvendo temperaturas conhecidas e paredes adiabáticas, variando-se a potência dissipada, o fluxo de massa injetado e a razão de aspecto da cavidade. Como resultados, são apresentado valores para o número de Nusselt baseado no coeficiente global de transferência de calor em função do número de Rayleigh, do número de Richardson e da razão de aspecto. Os resultados confirmam que a convecção mista é mais efetiva para a transfrência de calor do que a convecção natural, exceto para uma pequena faixa de número de Richardson e em cavidades de razão de aspecto elevada, quando a formação de recirculações junto à base da fonte geradora desvia o escoamento forçado piorando a transferência de calor. / In this work, the steady state laminar mixed convection inside a rectangular enclosure with discrete heat source for different aspect rations is studied. The velocity an temperature distributions were perfomed using the mass, momentum and energy conservation equations with the Boussinesq aprroximation. The differential equations solutions were carried out by the finite volume method using the power-law discretization, scheme, proposed by Patankar and the SIMPLE algorithm to obtain the pressure-velocity relationship. The developed model was first used to simulate natural convection processes in order to validate it through comparison with results for similar problems found in the open literature. After that the mixed convection, comsidering different boundary condition combinations, including prescribed temperatures and adiabatic walls, varying the dissiáted heat, the injected flow rate and enclosure aspect ratio. As results, the Nusselt number based on the overall heat transfer coefficient, behavior is presented as functions of Rayleigh and Richardson numbers and enclosure aspect ratio. The results confirm that the mixed convection is a more effective heat transfer mechanism than natural convection except fpr a narrow Richardson number range and high aspect ratios when the formation of recirculations near the heat source base mdeviates the forced flow away of the source.

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-03-10Bitstream added on 2014-12-02T11:20:57Z : No. of bitstreams: 1 000797382.pdf: 2042309 bytes, checksum: ae6e9091dff6b072d9e11c3e2cbc5e5d (MD5) / Este trabalho apresenta uma modelagem para um trocador de calor que opera através da ebulição de um fluido de trabalho, objetivando analisar a distribuição de temperatura quando utilizado em conjunto nos sistemas eletrônicos, visto que os componentes eletrônicos estão cada vez menores e dissipando muito mais calor. O trocador de calor estudado é conhecido como vapor chamber. Uma análise numérica utilizando um modelo simplificado de condutividades térmicas é realizada. Este modelo é criado para ser utilizado no software ANSYS FLUENT®. A vapor chamber é representada por vários blocos, cada um com uma condutividade térmica efetiva, e a contribuição de cada bloco na transferência de calor total é investigada. Uma vez que o desempenho térmico global depende da condutividade térmica de cada bloco, a avaliação pode dizer quais blocos contribuem para uma melhor eficiência na troca de calor. Os experimentos fornecem os dados necessários para serem inseridos no modelo numérico e, desta forma, o perfil de temperatura pode ser encontrado. Este modelo é adequado para a monitorização de problemas que envolvem falhas em componentes eletrônicos devido à alta temperatura / This work presents a modeling for a heat exchanger that operates through the boiling of a working fluid, aiming to analyze the temperature distribution when used together in electronic systems, since the electronic components are getting smaller and dissipating more heat. The heat exchanger studied is known as vapor chamber. A numerical analysis using a simplified model of thermal conductivities is performed. This model is created to be used in ANSYS FLUENT® software. The vapor chamber is represented by several blocks, each with effective thermal conductivity, and the contribution of each block in the total heat transfer is investigated. Since overall thermal performance depends on the thermal conductivity of each block, an evaluation can tell which blocks contribute for better efficiency in heat exchange. The experiments provide the necessary data to be inserted in the numerical model, so that, the temperature profile can be found. This model is adequate for monitoring of problems that involve failures in electronic components due to high temperature

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Programa de Pesquisa e Pós-Graduação da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, 2018. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-05-08T15:34:59Z No. of bitstreams: 1 2017_DanielaRochaWerneck.pdf: 6367711 bytes, checksum: ea4fc8036a6b1c316ff49fee7c295566 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-05-10T12:34:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_DanielaRochaWerneck.pdf: 6367711 bytes, checksum: ea4fc8036a6b1c316ff49fee7c295566 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-10T12:34:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_DanielaRochaWerneck.pdf: 6367711 bytes, checksum: ea4fc8036a6b1c316ff49fee7c295566 (MD5) Previous issue date: 2018-06-10 / Os padrões de desenvolvimento urbano produzem muitos impactos relacionados ao clima urbano, destacando o fenômeno de ilha de calor urbana (ICU). Este estudo investiga áreas destinadas ao comércio local com enfoque na mitigação de ICU de superfície na escala microclimática. Os locais selecionados para estudos de casos estão no Plano Piloto de Brasília-DF, localizado em uma região de clima Tropical de Altitude com estações quente-úmida e quente-seca. Esta proposta se insere na discussão da importância dos espaços públicos na escala do pedestre, mais precisamente onde se desenvolve as atividades da vida urbana, entre o nível térreo dos edifícios e as áreas públicas, também chamado de plinths. Os usuários estão sujeitos às variações tanto de conforto quanto desconforto ambiental, em particular o térmico. Os procedimentos metodológicos deste trabalho se baseiam na revisão de literatura (clima urbano, espaço público, materiais frios, ICU e simulação microclimática), na análise de temperaturas superficiais intra-urbanas com utilização de imagens do satélite Landsat 8 (banda termal) para delimitação dos locais de estudo e simulação microclimática com o software ENVI-met 4. O programa foi validado com base em medições em campo de temperatura do ar e umidade relativa do ar, apresentando desempenho satisfatório quando comparados os dados simulados com os dados medidos em campo. Três cenários hipotéticos foram simulados com uso de materiais frios (alto refletância e emitância térmica) e vegetação para análise de impacto na temperatura do ar, temperatura de superfície e temperatura média radiante. Os resultados mostraram uma redução média máxima de -0,38 °C na temperatura do ar, evidenciando que as estratégias mitigadoras tiveram maior impacto na redução pontual da temperatura do ar que, foi de no máximo -1,13 °C. A estratégia que combinou pavimentos frios e sombreamento com arborização respondeu melhor à variação da temperatura média radiante. Já o cenário com coberturas frias teve um impacto muito pequeno na redução da temperatura do ar no nível do pedestre nas condições analisadas. / The patterns of urban development produce many impacts related to urban climate, notably the urban heat island (UHI) phenomenon. This study investigates designated areas of local commerce with focus on mitigation of surface UHI and their effect on microclimatic aspects at the pedestrian level. The selected places for study cases are located at the Pilot Plan of Brasilia, DF, Brazil, a region of tropical altitude climate with hot-humid and hot-dry seasons. This proposal is related with the discussion of the importance of public spaces at pedestrian scale, more precisely where the activities of urban life take place, also known as plinths. Users are subject to variations of both comfort and discomfort, particularly thermal comfort. The methodological procedures of this study are based on literature revision (urban climate, public space, cool materials, UHI and computer simulation), analysis of intra-urban surface temperatures supported by Landsat 8 satellite imagery (thermal band) for delimitation of study areas and microclimatic simulations with ENVI-met 4.2. Different hypothetical scenarios were simulated with usage of cool materials (high thermal reflectance and emittance) and vegetation for effect analysis on air temperature reduction. Results showed a maximum average air temperature decrease of -0.38°C, pointing that mitigating strategies had greater impact in local air temperature reduction, which was, at maximum, -1.13°C. The strategy that combined cool pavements and tree shading presented better response to mean radiant temperature variation. On its turn, the scenario of cool roofs presented a slight reduction in terms of air temperature at the pedestrian level for the analyzed conditions.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-07-22T12:00:29Z No. of bitstreams: 1 2013_JosedeAraujoFonsecaJunior.pdf: 42845092 bytes, checksum: 3533e30081c4212b99f4476be16df172 (MD5) / Approved for entry into archive by Leandro Silva Borges(leandroborges@bce.unb.br) on 2013-07-24T18:28:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_JosedeAraujoFonsecaJunior.pdf: 42845092 bytes, checksum: 3533e30081c4212b99f4476be16df172 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-07-24T18:28:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_JosedeAraujoFonsecaJunior.pdf: 42845092 bytes, checksum: 3533e30081c4212b99f4476be16df172 (MD5) / Crescentes preocupações com a disponibilidade de energia elétrica e com o meio ambiente, relacionadas ao uso da refrigeração e do ar condicionado, motivaram um renovado interesse em sistemas de refrigeração por absorção. Unidades Resfriadoras de Líquido (Chillers) de absorção, empregadas em sistemas de ar condicionado, são maiores e mais pesadas que suas equivalentes utilizando o ciclo por compressão de vapores. O desenvolvimento de equipamentos por absorção compactos prevê a utilização de absorvedores verticais arrefecidos a ar, o que requer a intensificação do processo de absorção do vapor d’água pela solução de água-brometo de lítio. Dados de correlações de transferência de calor e massa em absorvedores verticais são escassos, o que configura o problema e justifica nosso estudo. Nesse contexto, este trabalho apresenta uma metodologia experimental para determinar correlações de transferência de calor e massa no processo de absorção de vapor d’água por soluções de água-brometo de lítio, na forma de filmes verticais descendentes. Para tanto, foi projetada e construída uma bancada experimental que reproduz uma unidade de refrigeração por absorção de simples efeito com absorvedor vertical; foram determinadas as taxas de calor e de massa, bem como as propriedades termodinâmicas e de transporte dos fluidos, a partir de modelo desenvolvido pelo autor; foi determinado experimentalmente o coeficiente médio de transferência de calor por convecção da superfície interna ( ? ) do tubo de cobre do absorvedor, baseado no método de Wilson. Os valores de ? obtidos foram comparados com os fornecidos pela literatura, sendo considerados aceitáveis. Algumas taxas de calor e de massa em evolução, e de entalpias em alguns trechos do ciclo possuem altas incertezas decorrentes de pequenos ΔT atingidos nos ensaios. Por fim, são apresentadas algumas recomendações para melhoria do projeto da bancada. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Growing concerns with electric energy availability and environment, related to the use of refrigeration and air conditioning, motivated a renew interest in absorption refrigeration systems. Absorption water chillers, used in air conditioning systems, are bulkier and heavier than their equivalent using the vapor compression cycle. Development of compact absorption equipments forecasts the use of air-cooled vertical absorbers, which requires the intensification of water vapor absorption process into water-lithium bromide solution. Heat and mass transfer correlations data within vertical absorbers are rare, which characterizes the problem and justify our study. In that context, this work presents an experimental methodology to determine heat and mass transfer correlations of water vapor absorption process into vertical falling films of water-lithium bromide solutions. For this, it was designed and built an absorption test bench that reproduces a single-effect absorption refrigeration unit with vertical absorber; a model was developed that allows determining cycle heat rates in the cycle, mass rates and fluids thermodynamics and transport properties; also, a model for determining the mean convective heat transfer coefficient ( ? ) of the absorber copper tube inner surface was developed, using the Wilson plot method. The values of ? were correlated with inner copper tube Re and compared with values obtained from classical correlations of opened literature, being regarded as acceptable. A few heat rates and mass rates values, and some enthalpies in parts of the cycle have high uncertainties due to small ΔT achieved in the test. At the end, we present some recommendations to improve the design of the bench.