Apresenta-se uma tese de doutorado envolvendo uma análise numérica e experimental dos campos de temperatura e velocidade em armazenadores térmicos via calor sensível. A abordagem experimental é desenvolvida em um tanque cilíndrico vertical de aço inoxidável, com razão de aspecto (H/D) de aproximadamente 1,4. Mediu-se de forma sistemática a temperatura em 28 posições no interior do reservatório e 14 ao longo da sua parede. Os sensores utilizados são termopares, sendo a armazenagem e o processamento dos dados realizados em um sistema de aquisição de dados HP75000, associado a um computador. A abordagem numérica é realizada a partir de um modelo bidimensional, transiente, não linear, em coordenadas cilíndricas, utilizando o método dos volumes finitos, tanto em situações de escoamento em forma laminar quanto turbulenta. São apresentados resultados numéricos e experimentais. A validação experimental do modelo numérico é realizada em duas fases. Na primeira delas, chamada de resfriamento rápido, são utilizadas condições de contorno de isolamento perfeito no topo e base do reservatório, enquanto que a parede lateral, sem isolamento térmico, recebe condição de primeira espécie, fornecida pela leitura dos termopares. Na segunda etapa, resfriamento lento, o domínio computacional é aumentado de forma a incluir o isolamento térmico das paredes e demais componentes estruturais do reservatório, que passam a receber a condição de contorno de terceira espécie, mais realista. Também é implementada a condição de convecção mista decorrente da convecção natural e da convecção forçada, imposta pelos fluxos de entrada e saída no reservatório. Uma vez que neste caso haverá a ocorrência de zonas turbulentas e zonas relaminarizadas no interior do reservatório, um modelo de turbulência para baixos números de Reynolds é usado. Os resultados desta simulação também são validados com dados experimentais, os quais são obtidos com a implementação de um circuito hidráulico ao reservatório utilizado na análise da convecção natural. Como aplicação simula-se o resfriamento de tanques com diversas razões de aspecto e isolamentos térmicos. Os campos de temperatura obtidos com estas simulações são utilizados de duas maneiras. Na primeira delas é obtido o número de Nusselt médio em função da diferença de temperatura média do reservatório e a temperatura ambiente. O número de Nusselt é correlacionado em função da razão de aspecto, perdas térmicas para o ambiente e volume do reservatório. Na segunda etapa, estes resultados são comparados com os obtidos com os modelos simplificados de Múltiplos Nós, freqüentes na literatura aplicada no âmbito da energia solar. / This doctoral thesis presents a numerical and experimental analysis of the temperature and velocity fields in sensible heat storage tanks. The experimental analysis utilizes a cylindrical vertical stainless steel water tank, with aspect ratio (H/D) of 1.4. The temperatures at 28 points inside the reservoir were systematically registered as well as other 14 along its walls. Thermocouples were employed to sense these temperatures, being their output voltages measured by a computer controlled data acquisition system and recorded to the computer hard disk. The numerical analysis is made through a bidimensional, transient, non-linear model, in cylindrical coordinates. The finite volumes method was employed in laminar as well as in turbulent flow conditions. Both numerical and experimental results are presented in this work. The numeric model is experimentally validated in two stages. At the first one, named fast cooling, the boundary conditions are of perfect thermal insulation at the tank top and bottom, while its non-insulated vertical walls are submitted to a prescribed condition, provided by the temperature readings. At the second stage, named slow cooling, the computational domain is enlarged in order to include the walls insulation and other structural components of the tank, submitted then to the more realistic boundary condition of third kind. The mixed convection condition, originated from the natural and forced convection imposed by inlet and outlet flows, is also implemented. Because in this case there will be turbulent and relaminarized regions inside the tank, a model for low Reynolds number was employed. The results from this simulation were also validated with experimental data, obtained from the implementation of an external hydraulic circuit connected to the tank. As an example of application, the cooling of tanks with several aspect ratios and different types of insulation were simulated. The temperature fields obtained from these simulations were used in two ways. In the first one is obtained the average Nusselt number in function of the difference between the average temperature inside the tank and the ambient temperature. These results are correlated to the aspect ratio, thermal losses to the ambient and tank volume. To conclude, these results were compared to those obtained with Multiple Node models, commonly applied at the solar energy field.

Neste trabalho, é apresentado um método numérico para obtenção da solução da equação da condução de calor. O método é baseado numa formulação explícita bidimensional em diferenças finitas que permite efetuar simulações em tempo real. A fim de reduzir o tempo de processamento, são empregados dois algoritmos auxiliares. O primeiro executa uma correção nas diferenças finitas que possibilita a resolução do problema em malha grossa. O segundo consiste em uma extrapolação temporal da distribuição de temperaturas que proporciona um aumento adicional na velocidade de processamento. Simulações numéricas são apresentadas. / In this work, a numerical method for solving the heat conduction equations is proposed. The method is based on a two dimensional explicit formulation in fin ite differences which allows to carry out real time simulations. In order to reduce the time processing of the numerical calculation, two auxiliary algorithms are employed. The first perform a correction over the finite differences, in order to solve the problem in a coarse mesh. The second consists in a time extrapolation of the temperature distribution, which provicies an additional increase in the processing speed. N umerical simulations are reported.

Neste trabalho apresenta-se uma análise numérica tridimensional dos campos de temperatura e velocidade em reservatórios térmicos cilíndricos. Estuda-se o fenômeno da convecção natural laminar e a estratificação vertical da temperatura, que tem grande importância no desempenho de diversos sistemas térmicos, tais como os sistemas de aquecimento de água por energia solar. O código computacional escrito em linguagem FORTRAN resolve as equações da quantidade de movimento e da energia nas três dimensões pelo Método dos Volumes Finitos em malha estruturada. As simulações tridimensionais transientes do processo de resfriamento mostram a formação e evolução do perfil estratificado de temperatura ao longo do tempo. Observa-se a presença de recirculações na região superior do reservatório e a formação das camadas limites térmica e hidrodinâmica próximo das paredes. Através de estudo experimental realizado em paralelo, determinou-se os perfis de temperatura para diversos instantes do processo de resfriamento de um reservatório térmico cilíndrico. Obteve-se também perfis experimentais de temperatura para o caso de consumo de água quente e ingresso de água fria. Em todos os ensaios, além dos perfis de temperatura, mediu-se também as variações da temperatura ambiente. Utilizou-se os dados experimentais colhidos como condição inicial e de contorno para as simulações, possibilitando assim a confrontação numérico versus experimental para a validação da solução numérica. A partir das diversas simulações realizadas, obteve-se correlações para o coeficiente de transferência de calor e para o grau de estratificação térmica no interior do reservatório. Realizou-se ainda a simulação de casos considerando o reservatório térmico interligado a coletores solares e investigou-se tanto a influência da posição do jato de entrada quanto o uso de um anteparo defronte a este jato na preservação da estratificação térmica. Os resultados mostram que, para certas condições do jato de entrada, tanto a escolha adequada da posição do jato de entrada quanto o uso de um anteparo defronte a este jato permitem construir perfis de temperatura com melhor estratificação térmica. / This work presents a three-dimensional numerical analysis of the temperature and velocity fields in cylindrical thermal storage tanks. It is studied the phenomenon of the laminar natural convection and the vertical stratification of the temperature, that has great importance in the performance of diverse thermal systems, such as solar energy water heating systems. The numerical solution is obtained through the Finite Volume Method in structured mesh. The transient three-dimensional simulations of the cooling process show the formation and evolution of the profile of temperature along the time. It is observed the presence of recirculations in the top of the tank and the formation of walls thermal and hydrodynamic boundary layers. Through an experimental study, it was determined the profiles of temperature for several instants of time of the cooling process of a cylindrical thermal storage tank. It was also obtained experimental profiles of temperature for the case of outlet hot water and inlet cold water, as well as measured the ambient air temperature. In some cases the numerical simulation applied experimental data as initial and boundary condition, in order to compare numerical and experimental results, for the validation of the developed computational code. From the simulations, it was obtained correlations for the heat transfer coefficient and degree of thermal stratification in the interior of the reservoir. Others simulations were made with the thermal thank connected to solar collectors, investigating the influence of the position of the inlet water jet, and the use of an inner flat plate in front of this jet, in the preservation of the thermal stratification. The results show that, for certain conditions of the jet, the adequate choice of its position, as well as the use of a flat plate, allows to obtain more stratified temperature profiles.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-11-07T11:50:35Z No. of bitstreams: 1 2014_MarcosDiegodeCastroeSilva.pdf: 5319545 bytes, checksum: ef30c1f74f16c67ff12e33234b09e69d (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-11-17T12:09:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_MarcosDiegodeCastroeSilva.pdf: 5319545 bytes, checksum: ef30c1f74f16c67ff12e33234b09e69d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-17T12:09:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_MarcosDiegodeCastroeSilva.pdf: 5319545 bytes, checksum: ef30c1f74f16c67ff12e33234b09e69d (MD5) / Dos problemas associados a uma rede elétrica cuja alimentação possui a qualidade da energia comprometida, pode-se citar o desequilíbrio de tensão. Trata-se de um fenômeno que é definido para sistemas trifásicos como uma condição na qual as tensões apresentam módulos diferentes entre si, ou defasagem angular entre as fases diferentes de 120º, ou ainda, estas duas condições simultaneamente. Devido ao fato de motores de indução trifásicos (MIT) usualmente serem conectados em configurações que não permitem a circulação de corrente de sequência zero, verifica-se que há uma lacuna em estudos envolvendo os efeitos de tal componente sobre máquinas elétricas. Os principais documentos normativos priorizam o indicador de desequilíbrio de tensão de sequência negativa. Muitas vezes, o emprego de um índice que contemple a componente de sequência zero não é obrigatório. Considerando-se os aspectos ora mencionados, este trabalho que tem como objetivo avaliar os efeitos das componentes de sequência positiva, negativa e zero sobre as temperaturas de um MIT. Inicialmente, é projetada e desenvolvida uma ferramenta de controle da tensão de entrada e geração de relatórios que contêm as leituras de inúmeras grandezas pertinentes ao motor. Em seguida, propõem-se um modelo térmico e uma rede neural artificial para estimação das temperaturas nas três fases dos enrolamentos do estator e elaboram-se criteriosamente bancos de dados que permitem análises eficientes e representativas dos principais efeitos das componentes de sequência sobre as temperaturas do MIT. Neste estudo, são empregados resultados experimentais (cerca de 40 mil) e oriundos de simulações computacionais (aproximadamente 2,6 milhões). Diante das investigações realizadas nesta dissertação mostra-se que os indicadores convencionalmente empregados para a quantificação do desequilíbrio de tensão se caracterizam inadequados. Além do mais, verifica-se que os ângulos das componentes simétricas, os quais não são contemplados nos indicadores de desequilíbrio convencionais, são os parâmetros que mais exercem influência nas correntes e temperaturas de um MIT. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Voltage unbalance is a problem associated with an electrical grid whose power quality is compromised. This phenomenon is characterized by alteration in the three-phase pattern, which is provided by a balanced system, consisting of equal voltage magnitude and phase shift of 120° between them. Three-phase induction motors (TIM) are usually connected in configurations that do not allow zero sequence current flow. For this reason, there is a gap in studies involving the effects of such component on electrical machines. The main normative documents prioritize the negative voltage unbalance indicator. Most often, the use of an index that includes the zero sequence component is not required. Considering the aforementioned aspects, this study has the objective of evaluating the effects of positive, negative and zero components on the temperature of a three-phase induction motor. In order to do this, experimental results (about 40 thousand values) and computer simulations (approximately 2.6 million values) are employed. Moreover, a series of tasks are accomplished in this work, such as: a design and development of a tool to control the voltage and generating reports that contain numerous readings related to the motor; a proposal of a thermal model and establishment of an artificial neural network in order to estimate temperatures in three phases of the stator windings; and a preparation of databases that allow efficient and representative analysis of the main effects of the symmetrical components on the temperatures of the TIM. By means of the investigations conducted in this study, it is shown that the indicators conventionally used to characterize voltage unbalance are inadequate to properly quantify this phenomenon. Moreover, it appears that the angles of symmetrical components (which are not taken into account in conventional voltage unbalance indicators) are the parameters that most influence the currents and temperatures of a TIM.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2006. / Submitted by Kathryn Cardim Araujo (kathryn.cardim@gmail.com) on 2009-11-17T10:55:11Z No. of bitstreams: 2 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte2.pdf: 4617649 bytes, checksum: e6728e17d14e794f9169f6412d0dda60 (MD5) 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte1.pdf: 10496667 bytes, checksum: 24c3c640fe03d9a3e3569f958ec677be (MD5) / Approved for entry into archive by Carolina Campos(carolinacamposmaia@gmail.com) on 2009-11-19T19:49:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte2.pdf: 4617649 bytes, checksum: e6728e17d14e794f9169f6412d0dda60 (MD5) 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte1.pdf: 10496667 bytes, checksum: 24c3c640fe03d9a3e3569f958ec677be (MD5) / Made available in DSpace on 2009-11-19T19:49:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte2.pdf: 4617649 bytes, checksum: e6728e17d14e794f9169f6412d0dda60 (MD5) 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte1.pdf: 10496667 bytes, checksum: 24c3c640fe03d9a3e3569f958ec677be (MD5) Previous issue date: 2006-09-18 / Este trabalho apresenta a modelagem numérica das camadas limites fluidodinâmica e de temperatura, criadas por escoamentos forçados, turbulentos e incompressíveis de ar, sobre placas planas horizontais, tendo como meta a determinação do fluxo de calor que se estabelece entre a placa e o escoamento. Na situação física analisada as camadas limites de velocidade e de temperatura não se iniciam no mesmo ponto da placa, sendo separadas por um comprimento pré-estabelecido. No início da placa a formação de camada limite térmica é inibida pela igualdade entre as temperaturas do escoamento e da placa. A camada limite térmica tem início a partir do ponto em que a temperatura da placa plana se diferencia da temperatura do escoamento. Em todas as situações estudadas a camada limite térmica se desenvolve sobre parede isotérmica. São ensaiadas dez placas que se diferenciam pelo comprimento do trecho adiabático da placa, pela temperatura do trecho aquecido e pela velocidade do escoamento externo. A faixa de variação para os números de Reynolds locais, definidos pelo comprimento longitudinal das placas é definida no intervalo de 5x105< Re< 107. Os baixos números de Mach e as pequenas diferenças de temperatura dos escoamentos analisados permitem que sejam desconsiderados, respectivamente, os efeitos de compressibilidade e de variação das propriedades termodinâmicas do ar. As principais conseqüências destas condições são: desacoplamento entre as camadas limites fluidodinâmica e térmica e o comportamento linear da equação da energia. O objetivo deste trabalho é analisar, de forma qualitativa e quantitativa, o desempenho operacional do código computacional proposto para a modelagem de fluxos turbulentos de calor em escoamentos parietais. O fechamento do sistema de equações médias é obtido com o emprego do modelo k-epsilon para a representação do tensor de Reynolds, sendo a correlação entre as flutuações de velocidade e temperatura que definem o fluxo turbulento de calor, modelada algebricamente a partir de um número de Prandtl turbulento com valor constante. As condições de contorno de velocidade e de temperatura no contorno físico do domínio de cálculo são calculadas, respectivamente, por duas leis de parede de velocidade e duas de temperatura. A discretização temporal é obtida por uma aproximação de primeira ordem baseada em um algoritmo de diferenças finitas do tipo semi-impícito seqüencial com erro de truncamento de primeira ordem, que permite a linearização do sistema de equações a cada passo no tempo. A discretização espacial do domínio de cálculo é obtida com elementos finitos triangulares P1-isoP2. A resolução das equações acopladas de continuidade e quantidade de movimento é feita por uma variante do algoritmo de Uzawa. Os resultados obtidos numericamente são confrontados a soluções analíticas complementadas por correlações empíricas e a dados experimentais. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents a numerical study of both hydrodynamics and thermal boundary layers in forced incompressible turbulent flows over an horizontal flat plate. The main goal of the work is to determine the turbulent heat flux between the plate and the flow. The starting point of the hydrodynamic boundary layers are not necessarily the same but along the thermal boundary layer. Ten different cases are analyzed where the distance between the starting points of the boundary layers, the plate temperature and the non-disturbed velocity intensity are the parameters of the study. A Reynolds averaged Navier-Stokes approach is employed. The closure problem is achieved by a _ − _ model associated with a constant turbulent Prandtl assumption in order to predict the the temperature/velocity correlations. Two different law of the wall for velocity and temperature are used for modeling of the turbulent boundary conditions. The temporal discretization is made by an first-order approximation based on a semiimplicit finite-differences algorithm. The spatial domain is discretized by a finiteelement technic with P1-isoP2 elements. The velocity-pressure coupling is made by the Uzawa algorithm. The ability of the proposed model in predict the heat flux through the plate is analyzed both qualitatively and quantitatively by confronting numerical and experimental results.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Allan Wanick Motta (allan_wanick@hotmail.com) on 2010-04-07T13:30:49Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_rafael_gontijo.pdf: 17557990 bytes, checksum: 363278f225347ca5d890b2569799e900 (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2010-05-10T19:30:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertacao_rafael_gontijo.pdf: 17557990 bytes, checksum: 363278f225347ca5d890b2569799e900 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-05-10T19:30:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_rafael_gontijo.pdf: 17557990 bytes, checksum: 363278f225347ca5d890b2569799e900 (MD5) Previous issue date: 2009-03 / O presente trabalho é um estudo numérico sobre o emprego de analogias entre difusão turbulenta de quantidade de movimento e de calor como metodologia para imposição de condição de contorno de fluxo de calor em escoamentos de camada limite turbulenta. Para validar a metodologia proposta foram selecionados os seguintes casos testes: a) estudo de escoamentos turbulentos sobre placas planas levemente aquecidas e com defasagem entre os inícios das camadas limites térmica e fluidodinâmica, baseado nos estudos de Reynolds et. al (1958) e Taylor et. al (1990); b) estudo de um escoamento turbulento sobre placa plana fortememente aquecida, baseado no trabalho de Ng. (1981); c) análise de um escoamento turbulento gerado por convecção natural devido à presença de uma placa plana vertical aquecida, baseado no trabalho de Nagano et. al (1992); d) estudo do fenômeno da convecção natural turbulenta no interior de uma cavidade, baseado no trabalho experimental de Betts e Bhokari (1996); e) estudo de escoamentos turbulentos sobre placas planas com e sem comprimentos iniciais não aquecidos utilizando condição de fluxo de calor na parede; f) estudo de um escoamento turbulento no interior de um duto cilíndrico com condição de fluxo de calor na parede; g) análise de um escoamento gerado por convecção natural devido a presença de uma placa plana vertical aquecida com condição de fluxo de calor constante; h) estudo de um escoamento turbulento no interior de um canal com a presença de um corpo rombudo de seção quadrada fixo a parede inferior, baseado nos trabalhos de Drain e Martin (1985) e Liou et. al (1992); i) análise de um escoamento turbulento sobre um degrau aquecido com condição de fluxo de calor constante, baseado nos trabalhos de Vogel e Eaton (1985); j) análise qualitativa de um escoamento turbulento térmico em um difusor assimétrico, baseado nos trabalhos de Buice e Eaton (1995); k) análise qualitativa de um escoamento turbulento sobre uma colina aquecida, baseado nos trabalhos de Loureiro et. al (2007). _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The present work is a numerical study on the applicaion of analogies between heat and momentum difusion as a methodology to impose heat flux boundary conditions in turbulent boundary layer flows. In order to validate the proposed methodology the following cases were tested: a) a study of turbulent flows over slightly heated flat plates and with unheated starting lenghts, based on the works of Reynolds et. al (1958) and Taylor et. al (1990); b) a study of a turbulent flow over a strongly heated flat plate, based in the work of Ng. (1981); c) an analysis of a turbulent flow generated by natural convection due to the presence of a vertical heated flat plate, based in the work of Nagano et. al (1992); d) a study of the turbulent natural convection phenomenon inside a tall cavity, based on the experimental work of Betts and Bhokari (1996); e) a study of turbulent flows over flat plates with and without unheated starting lenghts, considering heat flux boundary conditions; f) a study of a turbulent flow inside a cylindrical duct with heat flux boundary condition on the wall; g) an analysis of a turbulent flow generated by natural convection due to the presence of a heated vertical flat plate with heat flux boundary condition; h) a study of a turbulent flow inside a 2D channel with a rib-roughned wall, based on the works of Drain and Martin (1985) and Liou et. al (1992); i) an analysis of a turbulent flow over a thermal backward facing step, based on the works of Vogel and Eaton (1985); j) a qualitative analysis of a turbulent thermal flow in an assymetric plane diffuser, based on the work of Buice and Eaton (1995); k) a qualitative analysis of a turbulent thermal flow in a smooth hill, based on the work of Loureiro et. al (2007).

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2009. / Submitted by Allan Wanick Motta (allan_wanick@hotmail.com) on 2010-04-23T14:35:56Z No. of bitstreams: 1 2009_RuiAlvesdeSousa.pdf: 637987 bytes, checksum: acdd9243f829ef4d74f8fc004e971ba4 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucila Saraiva(lucilasaraiva1@gmail.com) on 2010-04-30T22:02:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_RuiAlvesdeSousa.pdf: 637987 bytes, checksum: acdd9243f829ef4d74f8fc004e971ba4 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-04-30T22:02:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_RuiAlvesdeSousa.pdf: 637987 bytes, checksum: acdd9243f829ef4d74f8fc004e971ba4 (MD5) Previous issue date: 2009 / O trabalho visou abordar o problema de fístula atrio-esôfagica durante o procedimento de ablação por RF. Através de um modelo computacional em elementos finitos obtemos dados sobre o comportamento da temperatura ao longo da região entre átrio e esôfago e sua propagação durante o procedimento de ablação. Estes dados nos permitiram projetar o cateter esôfagico o que foi desenvolvido, este cateter tinha uma acurácia de 0,05 C com P< 0; 05 (ANOVA) variando de 25 C a 75 C. A busca por resultados mais acurados e precisos nos levou a desenvolver como complemento um equipamento para mensurar o tempo de relaxamento em tecidos. O equipamento desenvolvido obteve os seguintes resultados para agar gel: tempo de relaxamento de 4,69 segundos e difusitividade térmica de 1; 3679e��7 2,76e-9 m2=s, resultado 6 % divergente do cálculo teóricoof 1,4559e-7 m2=s. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The atrial-esophageal fistula is a potentially fatal complication of radiofrequency cardiac ablation. We developed a finite element model in order to determine the behavior of temperature along the region between the atrium and esophagus during the ablation procedure. The results of the model were used in order to design, build and test an esophageal catheter. The catheter accuracy was 0,05 C in the 25 C - 75 C range (p<0,05). In addition, we developed an instrument to measure the thermal relaxation time of agar a commonly used substance for the study of ablation procedures. The results showed that its thermal relaxation time and thermal diffusivity was of 4,69 seconds and 1; 3679e��7 2; 76e��9m2=s respectively.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-11-08T12:46:55Z No. of bitstreams: 1 2013_FelipeFerreiraFrago.pdf: 21493742 bytes, checksum: c48bde686faaae3e2dbbac590201952a (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-02-07T10:40:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_FelipeFerreiraFrago.pdf: 21493742 bytes, checksum: c48bde686faaae3e2dbbac590201952a (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-07T10:40:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_FelipeFerreiraFrago.pdf: 21493742 bytes, checksum: c48bde686faaae3e2dbbac590201952a (MD5) / Neste trabalho é realizado um estudo sobre a tecnologia aditiva de deposição de metal em camadas sucessivas por soldagem a arco, também chamada de prototipagem rápida por soldagem a arco. Primeiramente é realizada uma análise comparativa de tal tecnologia com métodos tradicionais de fabricação para uma possível aplicação aeroespacial, levando-se em conta o desperdício de material. Ainda nessa parte, com o intuito de simular o processo de prototipagem rápida por soldagem a arco e verificar suas implicações do ponto de vista metalúrgico, um estudo metalográfico detalhado de uma sequência de cordões de solda sobrepostos foi realizado, utilizando como materiais de base e de deposição aços amplamente utilizados na área espacial. Os resultados obtidos na avaliação metalográfica mostraram a necessidade de um estudo mais profundo em processos de transferência de calor em prototipagem rápida por soldagem a arco. Assim, foi criado um modelo numérico, discretizado por diferenças finitas, representativo do processo em estudo. Estudos experimentais nas mesmas condições do modelo numérico foram realizados e confrontados entre si. Um parâmetro adimensional de importância é proposto para análise dos resultados, sendo denominado “número de Fourier do processo de soldagem” (Fosold), o qual se mostrou importante do ponto de vista fenomenológico para as análises dos ciclos térmicos envolvidos no processo. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this work, a study about additive technology by shape metal deposition with arc welding, also named as rapid prototyping by arc welding, is carried out. First, a comparative analysis of this technology compared with traditional manufacturing methods is made, looking at a possible aerospace application regarding the wasting of material. Still in this part, in order to simulate the arc welding rapid prototyping and to find out its metallurgical implications, a detailed metallographic study of a sequence of weld beads deposited in a layered pattern using base metal and filler wire composed of stainless steels widely used on the space field is also carried out. The results of the metallographic study showed the necessity of a deeper study in process of heat transfer in rapid prototyping by arc welding. Therefore, a numerical model representative of the process under study was developed and discretized by finite differences. Experimental studies in the same conditions of the numerical model were also made and compared to the numerical one. A dimensionless parameter of importance is proposed for the analysis of the results, being denominated as the “Fourier number associated with the welding process” (Fosold), which proved to be important from the phenomenological point of view for the analysis of the thermal cycles involved in the process.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-01-14T13:24:54Z No. of bitstreams: 1 2013_LuisAramisdosReisPinheiro.pdf: 16357694 bytes, checksum: 332232d7b814fa243b57d886ead0e6c1 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-02-17T11:58:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_LuisAramisdosReisPinheiro.pdf: 16357694 bytes, checksum: 332232d7b814fa243b57d886ead0e6c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-17T11:58:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_LuisAramisdosReisPinheiro.pdf: 16357694 bytes, checksum: 332232d7b814fa243b57d886ead0e6c1 (MD5) / O bioma Cerrado ocupa toda a região do Brasil Central e é o ecossistema do tipo savana mais rico do mundo em biodiversidade. Consiste de um mosaico de habitats variados, compreendendo campos abertos, florestas densas e florestas secas. Entretanto, o processo de ocupação humana também o transformou em um dos biomas mais ameaçados com crescentes taxas anuais de desmatamento da ordem de 0,7 % ao ano de 2002 a 2008. Dentre as perturbações ao cerrado destaca-se a cultura do Eucalyptus para fins energéticos e demais usos como aplicações na construção civil, que vem crescendo nos últimos anos, inclusive com incentivos governamentais. No entanto, esses usos causam impactos sobre os fluxos hídricos e de calor dos ambientes alterados. Este trabalho tem por objetivo a caracterização dos fluxos de energia e da evolução da Camada Limite Atmosférica (CLA) para capturar feedbacks entre solo-vegetação-atmosfera. A metodologia se baseou na implementação de estudos de laboratório e campo para estudar os efeitos da substituição da floresta de cerrado por Eucalyptus na dinâmica de trocas de energia entre biosfera e atmosfera a partir da medição de fluxos turbulentos de calor sensível e latente. Foram utilizados para estudos de correlações da resistência estomática, estimada pela equação combinada para cálculo de fluxo de calor latente, com o déficit de vapor de pressão (VPD). Modelos de camadas foram utilizados pra estudar o desencadeamento de chuvas convectivas com análise do cruzamento da altura da CLA (hBL) e do nível de condensação de vapor (hLCL), e da evolução da CLA sobre as florestas. No que concerne a regulação estomática da transpiração notou-se forte correlação entre resistência estomática e VPD nas estações seca e úmida estudadas, especialmente nesta última. Para estação seca, foram observados os maiores valores de resistência ao fluxo devido a estresse hídrico. Observou-se que a evolução e o cruzamentos de hBL e hLCL seguidas de precipitação, caracterizando precipitação do tipo convectiva (com maior influência das condições da superfície), ocorreram nos períodos de transição entre estações de maneira mais consistente que nas estações bem estabelecidas. Sendo assim, fases de transição são mais suscetíveis a serem afetadas a alterações do uso da terra de cerrado para Eucalyptus. Resultados preliminares do modelo indicam que a implantação de Eucalyptus tem efeito na redução da temperatura e altura da CLA e um aumento da razão de mistura de vapor de água na mesma. De modo geral, os modelos apresentaram-se promissores no estudo da evolução da CLA e nos fluxos de calor. Os resultados dos modelos sugerem que a mudança do uso da terra na região com a substituição de cerrado nativo por silviculturas, no caso por Eucalyptus, pode ter influência relevante no comportamento da Camada Limite Atmosférica e na micro-meteorologia local, alterações estas que devem ser consideradas na elaboração de políticas públicas a respeito do tema. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The Cerrado biome occupies the entire region of Central Brazil. It is the richest savanna type ecosystem in terms of biodiversity in the world. Consists of a mosaic of different habitats, including open grasslands, dense forests and dry forests. However, due to human occupation process, it also became one of the most threatened biomes with increasing annual deforestation rates of 0.7 % per year from 2002 to 2008. Among the disturbances to cerrado, the culture of Eucalyptus for energy and other uses such as construction, is increasing rapidly even with government incentives. Nonetheless, these uses have impacts on the hydrology and energy exchange of the area. This study aims to characterize the energy flows and the evolution of Atmospheric Boundary Layer (CLA) to capture textit feedbacks between soil-vegetation-atmosphere. The methodology was based on the implementation of laboratory and field studies to investigate the effects of the displacement savanna in favor of Eucalyptus forest in the dynamics of energy exchange between the biosphere and atmosphere from the measurement of turbulent fluxes of sensible and latent heat. The data was used to study correlations of stomatal resistance to latent heat flux (estimate with the use of the combination equation) to the vapor pressure deficit (VPD) through a textit big leaf model. Atmospheric Boudary Layer slab model were used to study the onset of convective rainfall with an analysis of the intersection of the height of CLA (hBL) and the lifting condensation level (hLCL), and evolution of CLA in the forests. Regarding the stomatal regulation of transpiration, it was noted strong correlation between stomatal resistance and VPD in dry and rainy seasons studied, especially for the latter. For the dry season, stomatal resistance was greater due to water stress. It was observed that the evolution and crossings hBL and hLCL, followed by precipitation, characteristic of convective precipitation (with more influence from surface condition), occurred more consistently during transitions between seasons then the well established seasons. So, transitions would be more prone to be affected by the replacement of cerrado to Eucaliptus. Preliminary model results suggest that the implementation of Eucalyptus have the effect of reducing the temperature and height of CLA and an increase in CLA water-vapor mixing ratio. In general, the models have shown to be promising in the study of the evolution of CLA and energy and mass exchange. Model results suggest that the land-use change with the replacement of native cerrado for Eucalyptus, can have a significant impact in the Atmospheric Boundary Layer behavior and in the local micro-meteorology, which should be accounted in elaborating public policies in this field.

Este trabalho tem por objetivo estudar a transferência de calor em tubos capilares cilíndricos utilizados na técnica de separação de moléculas denominada Eletroforese Capilar. Esta técnica é usada, por exemplo, na análise de biomoléculas e no sequenciamento de DNA, onde o controle da temperatura está diretamente ligado ao desempenho destes métodos e à qualidade dos resultados. Para empregar esta técnica, tensões elétricas da ordem de 20 kV são aplicadas entre as extremidades dos tubos capilares, que possuem normalmente 50 cm de comprimento, 350 µm de diâmetro externo e 50 µm de diâmetro interno, preenchidos por uma solução aquosa. Tais tensões geram uma corrente elétrica na solução, provocando aquecimento distribuído por Efeito Joule. Os tubos capilares são construídos em quartzo amorfo e protegidos por uma camada de material polimérico (poliimida). Para implementar o controle da temperatura, os tubos capilares são colocados em contato com um fluido de resfriamento. Num primeiro momento, os estudos são realizados por simulação numérica, empregando o Método dos Volumes Finitos em rotinas escritas em FORTRAN. São simulados casos onde os tubos são recobertos por camadas cilíndricas de materiais com uma condutividade térmica relativamente boa, com o objetivo de aumentar a superfície de troca de calor com o fluido de resfriamento. Como resultado, obtêm-se curvas da temperatura no centro dos tubos capilares em função do coeficiente de transferência de calor por convecção. Um caso de interesse é quando os tubos capilares são posicionados excentricamente ao recobrimento cilíndrico Num segundo momento, é utilizado o software de simulação numérica ANSYS CFX®, onde é simulado o resfriamento dos mesmos tubos capilares expostos a um escoamento transversal de ar a 15°C. Neste caso, também são aplicados os recobrimentos cilíndricos e, além disso, opta-se por simular o resfriamento de um arranjo de vários tubos (sistema multicapilar) dispostos entre placas de vidro, no formato de um sanduíche. Como resultados mais importantes salientam-se: a) o aumento do raio do recobrimento resulta no aumento da transferência de calor, fazendo com que a temperatura no núcleo do capilar fique estacionada em valores baixos que não comprometem as separações/análises; b) chegou-se a um valor de raio crítico da ordem de 10 mm para a condição de operação mais típicas na área da Eletroforese Capilar; c) as montagens com o tubo capilar concêntrico e excêntrico ao recobrimento não apresentam diferenças significativas no perfil de temperatura da solução tampão; e finalmente d) observa-se que o uso de duas placas de material dielétrico com os capilares posicionados em forma de sanduíche entre elas permite uma eficiente dissipação do calor gerado na solução tampão.