Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T14:11:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T17:04:02Z : No. of bitstreams: 1 161343.pdf: 2642397 bytes, checksum: ed9ef0c641ab8aeaac57a86d68655cea (MD5) / Através de desenvolvimento analítico baseado nas equações de Maxwell, propõe-se critérios

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-26T05:01:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299943.pdf: 3763560 bytes, checksum: 085a0b391a4781e97e2a9750679697ae (MD5) / Nos últimos anos, um promissor tipo de fluido tem obtido grande atenção entre os pesquisadores de ciências térmicas ao redor do mundo. Trata-se de um colóide formado pela adição de nanopartículas de alta condutividade térmica em um fluido base, o nanofluido, que tem por objetivo a melhora das características térmicas sem alterar significativamente as demais propriedades. A presente pesquisa tem por finalidade estudar os efeitos do uso de nanofluidos em aplicações de ebulição em piscina. Para tanto, testes de ebulição utilizando nanopartículas de Alumina (Al2O3), Maguemita (Fe2O3) ou Nanotubo de Carbono (NTC) misturadas à água foram realizados, e seus resultados comparados com os de ensaio com água pura. O aumento nos valores de fluxo crítico de calor (FCC) e os diferentes resultados obtidos a respeito da taxa de transferência de calor (TTC) levaram às análises de rugosidade, molhabilidade e metalografia da superfície resultante. Acredita-se que as mudanças na molhabilidade causadas pela adesão de nanopartículas na superfície sejam a causa principal para o aumento do FCC e os diferentes resultados de TTC / In the past few year, a promising fluid has attracted attention among thermal sciences researchers around the world. It is a colloid formed by the addition of high thermal conductivity nanoparticles in a base fluid, which aims the enhancement of thermal properties without modifying significantly other properties. The present work has the purpose to study the effects of the use of nanofluids in pool boiling applications. Nanoparticles of Alumina(Al2O3), Maghemite (Fe2O3) and carbon nanotubes (CNT) were mixed with distilled water. Pool boiling tests were done and the results compared with those using only distilled water as fluid. The increase in Critical heat Flux (CHF) values and the different behavior of the nanofluids regarding to heat transfer rates have lead to additional analysis of roughness, wettability and metalography in the surface. It is expected that changes in wettability caused by the adhesion of nanoparticles in the surface are the main cause of the increase in CHF and different results of heat transfer rates

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T01:18:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 237601.pdf: 3791632 bytes, checksum: 44698d509e82c4485679ece5d91a73af (MD5) / Neste trabalho propõe-se o estudo experimental e teórico de mini tubos de calor, fabricados a partir de fios de cobre roliços, e soldados por difusão a placas de cobre planas, por um processo de fabricação desenvolvido pelo Laboratório de Tubos de Calor (LABTUCAL) em conjunto com o Laboratório de Soldagem desta universidade. Uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte em mini tubos de calor é apresentada. Baseado em um trabalho da literatura, foi desenvolvido um modelo matemático unidimensional para a previsão da máxima capacidade de transporte de calor do dispositivo. Os resultados dos modelos matemáticos foram comparados com resultados experimentais obtidos a partir de testes em ambiente de gravidade, conduzidos no laboratório e, em microgravidade, testados na Estação Espacial Internacional (ISS). Nos testes de laboratório, três fluidos de trabalho foram utilizados: água destilada, metanol e acetona, enquanto que na ISS, apenas água destilada foi utilizada. Este trabalho apresenta uma série de contribuições para o estado da arte em mini tubos de calor, sendo as principais: desenvolvimento de metodologia de fabricação dos dispositivos; desenvolvimento de modelo matemático que permitiu a análise da influência de parâmetros no seu desempenho térmico e resultados de testes do dispositivo em ambiente de microgravidade, inéditos no mundo. Nos mini tubos de calor desenvolvidos neste trabalho, o bombeamento do fluido de trabalho do condensador ao evaporador se dá pelo efeito de capilaridade, devido às pequenas ranhuras que se formam entre os fios e as chapas. Estudos mostraram que um dos principais desafios no presente desenvolvimento é a determinação da quantidade adequada de fluido de trabalho, necessária para a perfeita operação do mini tubo. Outro parâmetro de grande influência é o ângulo de contato entre fluido e parede (metal). Procedimentos de medição deste ângulo são também discutidos neste trabalho. Os testes em microgravidade dos mini tubos de calor foram financiados pela Agência Espacial Brasileira (AEB) e fazem parte da Missão Centenário, que culminou no lançamento da nave russa Soyuz em abril de 2006 para testes a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) realizados pelo Cel. Av. Marcos Pontes.

El objetivo de esta memoria es encontrar la Razón de Aspecto A=H/L que produce la máxima transferencia de calor en cavidades rectangulares de altura H y ancho L con paredes verticales de temperatura impuesta TH y TC, con TH >TC, y paredes horizontales perfectamente conductoras, con una distribución lineal de temperatura en estas. Se consideró aire (Pr = 0,71) al interior de la cavidad y tres números de Rayleigh:10 4, 10 5y 10 6. La razon de Aspecto fue variada en el rango [0.4,2.3], que permitió ubicar la presencia de máximos en el Nusselt en las paredes y en el centro. El problema se resolvió mediante la resolución numérica del sistema Navier Stokes-Energía y se uso un código basado en el método SIMPLER incorporando la fórmula de transformación de coordenadas que permite afinar la malla cerca de todos los bordes del recinto y variar la Razón de Aspecto sin la necesidad de cambiar el numero de nodos. De este modo se admite la utilización de soluciones convergidas como condición inicial para A levemente distintas, acortando los tiempos de simulación. El código resuelve las ecuaciones mencionadas en forma transiente, lo cual permite controlar la estabilidad variando el paso de tiempo. La malla seleccionada para encontrar las soluciones tiene 122 nodos en la dirección X y 122, 182 o 242 en la dirección Y según sea necesario. Las soluciones fueron descritas por sus valores del Nu en las paredes y en el centro, la distribución del Nusselt local en las paredes inferior y superior e izquierda y derecha, velocidades máximas según los ejes, modos de flujo descritos por la función corriente y campos de temperatura descritos por diagramas de isotermas. Para cada caso se llego a un régimen permanente y se encontró la geometría que maximiza el Nucentral y el Nupared. Para Ra=104 se tiene que A∗ centro=[1.6,1.65] y A∗ pared= [1.98,2.1], para Ra=105 A ∗ centro=0.76 y A∗ pared=1.97 y para Ra=106 A ∗ centrol=0.42 y A∗pared=1.24. Ademas se vio que la Razón de Aspecto que maximiza el Nu en las paredes y en el centro disminuye si el Rayleigh aumenta, que para todo Ra la Razón de Aspecto que maximiza el Nusselt central es siempre menor que la Razón de Aspecto que maximiza el Nusselt de pared y que la velocidad del fluido siempre aumenta con el Numero de Rayleigh.

A utilização de placas defletoras em banco de tubos é muito difundida em trocadores de calor, aumentando os níveis de turbulência do escoamento e o tempo de contato do fluido refrigerante e a superfície aquecida dos tubos. Os vórtices gerados pela turbulência tem a finalidade de imprimir a camada limite térmica dos tubos, onde o calor é trocado basicamente por condução, tornando a troca de calor mais eficiente. No entanto a maioria dos estudos em bancos de tubos considera um escoamento incidindo uniformemente sobre os tubos, sem qualquer tipo de análise dos efeitos causados pela utilização de placas defletoras, transformando-se assim em idealizações pouco reais. A proposta deste trabalho é analisar experimentalmente os efeitos causados no escoamento pelo uso de defletores, tomando-se como referência a região entre-tubos (linhas), onde para tanto foram estudadas duas geometrias distintas. A primeira geometria consiste uma placa defletora voltada para o escoamento e nela encontram-se montados dez tubos, dispostos horizontalmente em duas linhas, e a partir de uma certa distância a jusante ocorre um estreitamento súbito do canal prolongando-se até a saída. Com este tipo de geometria, pretende-se estudar os efeitos no desenvolvimento do escoamento para uma entrada assimétrica. A segunda geometria estudada é uma simplificação de bancos de tubos utilizados em trocadores de calor, porém, agora, com o uso de defletores. Nesta seção o escoamento é obrigado a contornar três placas defletoras, duas na parede superior do canal e uma na parede inferior, montadas de forma eqüidistantes O número de Reynolds, para ambas as seções, foi calculado com o diâmetro externo do tubo (32.1 mm) e a velocidade média do escoamento abaixo da primeira placa defletora, Ue. Para a primeira seção o número de Reynolds foi de 3.32 x 104 e para segunda 2.99 x 104. Os testes foram realizados em um canal retangular de 146 mm de altura e 193 mm de largura, com 900 mm de comprimento. Os bancos de tubos possuem uma relação de espaçamento, passo-diâmetro de 1,26, com dez tubos dispostos em duas linhas. As velocidades médias, suas direções e flutuações de velocidade foram investigadas ao longo das fendas, linhas, permitindo um conhecimento do desenvolvimento das componentes de velocidades, bem as intensidades de turbulência desde a região de entrada. Este estudo revelou que o desenvolvimento do escoamento , após a passagem por defletores se dá para distâncias superiores aquelas aqui estudadas.

Foram realizados dois experimentos (EXP) com a finalidade de apresentar alternativas para reduzir os efeitos do estresse por calor (EPC), aumentando a produtividade em épocas quentes. O primeiro EXP teve como objetivos verificar o efeito de dietas com mais gordura (2,4 vs 4,0%) e menos proteína bruta (19,5 vs 18,5%) na metabolizabilidade, desempenho, rendimento de carcaça, parâmetros morfológicos (baço, bursa, coração, intestino e fígado), bioquímicos (proteínas totais, glicose, fructosamina, albumina e globulinas) e hematológicos (heterófilos. linfócitos, eosinófilos, basófilos, monócitos e relação heterófilo:linfócito) das aves aos 42 dias submetidas a EPC cíclico (25-32C). O efeito direto do EPC no desempenho e na metabolizabilidade da dieta, na situação de consumo pareado (comparado ao ambiente termoneutro) Também foi estudada. O segundo EXP teve como objetivos verificar o efeito de dietas suplementadas com vitaminas C e E (100UI de vitamina E/kg de ração e 300 ppm de vitamina C/kg de ração) e minerais orgânicos Zn e Se (40 ppm Zn e 0,3 ppm Se/kg de ração) no desempenho de frangos de corte submetidos a EPC e nos parâmetros morfológicos, bioquímicos e hematológicos das aves aos 35 dias. Foi observado que a queda de desempenho verificada no calor está relacionada principalmente com a diminuição no consumo e à redução na metabolizabilidade da matéria seca. A dieta com 1,6% a mais de gordura e 1% a menos proteína proporcionou às aves em EPC melhora na conversão alimentar (CA), mas não interferiu no rendimento de carcaça e cortes. Esta dieta também proporcionou um melhor peso relativo de bursa, a diminuição no número de linfócitos, heterófilos, relação H/L e monócitos das aves em EPC, indicando que as alterações metabólicas ocasionadas pelo estresse foram atenuadas pela dieta. No segundo EXP, a suplementação vitamínica e/ou mineral melhorou o desempenho das aves em função de um menor consumo que resultou em melhor CA, independentemente do ambiente. O EPC reduziu o peso absoluto e relativo dos órgãos linfóides, os valores de hemoglobina, aumentou o número de heterófilos e a relação H/L . As suplementações vitamínico e/ou mineral não influenciaram os parâmetros bioquímicos séricos e hematológicos dos frangos em EPC. A relação H/L foi um bom indicador de estresse, aumentando sempre que as aves estiveram estressadas, independentemente do tipo de estresse. O peso dos órgãos linfóides também pode ser considerado um bom indicador de EPC desde que não estejam sofrendo outro tipo de estresse.

Este trabalho pretende, na visão de novas tecnologias, discutir o processo de forjamento das ligas de alumínio (ABNT 6061), buscando propor uma metodologia baseada na ciência da engenharia. Deseja-se minimizar os procedimentos de tentativa e erro no desenvolvimento de processos de conformação. Para tanto, novas tecnologias disponíveis atualmente, tais como o Projeto Assistido por Computador (CAD), a Fabricação Assistida por Computador (CAM) e a Simulação do Processo (CAE) são empregadas. Resultados experimentais mostrando o comportamento da liga ABNT 6061 através das curvas de escoamento bem como o estabelecimento da condição do atrito no processo de conformação, avaliando dois lubrificantes comerciais disponíveis (Deltaforge 31 e Oildag) para aplicações nas ligas de alumínio, são reportados neste trabalho. A comparação dos resultados obtidos de um experimento prático de forjamento com a simulação pelo "Método dos Elementos Finitos" usando o código "QForm" é apresentada para uma peça de simetria axial em liga de alumínio. Finalmente, os resultados obtidos no forjamento de um componente automotivo em liga de alumínio (ABNT 6061), desenvolvido em parceria com a empresa Dana, são analisados e comparados com as simulações computacionais realizadas usando o código "Superforge".

Sistemas de água de resfriamento, assim como as demais utilidades, em geral sofrem um tratamento secundário em escalas de priorização. No entanto em muitos casos problemas associados a estas são prejudiciais à eficiência e até a continuidade dos processos industriais. Neste contexto encontrasse a corrosão sob depósito em permutadores de calor que operam com água de resfriamento. O presente estudo fez a comparação e análise dos parâmetros de projeto e dados de operação de dois grupos de permutadores, relativos a duas torres de resfriamento distintas: Um de uma unidade de lubrificantes, composto de quatro permutadores trabalhando independentes entre si; e um do FCC, composto de oito permutadores trabalhando dois a dois em série, em quatro pares. Desta análise foi concluída a importância da monitoração contínua de variáveis operacionais como vazão, temperaturas de entrada e saída, tanto das cargas quanto da água de resfriamento, sendo esta última a mais crítica. Não somente a corrosão sob depósito, mas também os demais processos associados à deposição e à corrosão são termicamente ativados, fazendo do controle das temperaturas um dos aspectos mais importantes. / Water cooling systems, as other utilities in general have a secondary treatment in scales of work and analyses prioritization, however in many cases these problems are detrimental to efficiency and even the continuity of industrial processes. In this context we found under deposit corrosion of heat exchangers operating in cooling water systems. This study was a comparison and analysis of design parameters and operating data from two groups of heat exchangers, each on from two different cooling towers: a unit of a lubricant, composed of four heat exchangers working independent of each other, and one of the plant’s FCC, where eight heat exchanger still working in four couples. From this analysis was concluded the importance of continuous monitoring of operational variables such as flow, temperature of inlet and outlet of both the loads on the cooling water, with the latter being the most critical. Temperature control is important not only for under deposit corrosion, but also for other processes associated with deposition and others corrosion processes, since they are thermal activated.

O presente trabalho trata do fenômeno da transferência simultânea de calor e massa em meios porosos não saturados, especificamente em paredes de edificações. O conhecimento do comportamento térmico destas paredes é de grande importância no estudo do desempenho térmico de ambientes internos da edificação. Uma grande parte das pesquisas disponíveis nesta área avalia somente o fenômeno da troca de energia, desconsiderando os efeitos provocados pelo transporte de umidade no interior da parede. Este transporte influencia a transferência de calor pois tanto umidade quanto energia são transferidos devido à influência combinada de gradientes térmicos e de conteúdo de umidade. Neste contexto, situa-se o objetivo deste trabalho de investigar o efeito da inclusão do transporte de umidade no processo de transferência de calor e por conseqüência nos valores dos fluxos térmicos. O modelo clássico de Philip e de Vries para a análise do transporte simultâneo de calor e massa em meios porosos insaturados é utilizado; neste modelo as equações da conservação da massa e da energia são obtidas utilizando-se as leis fenomenológicas da difusão de massa (Lei de Darcy para a fase líquida e Lei de Fick para a fase vapor) e calor (Lei de Fourier). As equações assim obtidas trazem explicitamente as influências combinadas dos gradientes de temperatura e conteúdo de umidade nos processos de transporte de calor e massa, através de difusividades associadas a estes gradientes. As equações diferenciais governantes são resolvidas numericamente através do Método dos Volumes Finitos utilizando integração temporal totalmente implícita. Para a análise dos processos, dois tipos de parede são utilizadas. A primeira representa uma parede tipicamente americana, cujo comportamento térmico já foi investigado por outros autores e cujos resultados serviram para validar o método utilizado neste trabalho. A segunda parede tem a configuração de uma parede brasileira e foi o objeto principal da análise dos resultados apresentados. Para as duas configurações são assumidas trocas convectivas em ambos os lados da parede e também condição de impermeabilidade ao fluxo de massa. As expressões para as propriedades difusivas e termofisicas dos materiais que compõe as paredes foram retiradas da literatura. Os resultados são apresentados na forma de perfis de temperatura e conteúdo de umidade em função do tempo para as duas situações simuladas: processo térmico somente e processo acoplado de transporte de calor e umidade. Também são explorados os resultados referentes aos valores do fluxo de calor junto às faces externa e interna da parede para os dois processos investigados. / The present work studies the simultaneous heat and mass transfer phenomena in insaturated porous means, specifically in building walls. The knowledge of the thermal behavior of these walls is of great importance for the study of the building internai environment. A great part of the available research in this area evaluate only the heat transfer phenomena, ignoring the effects caused by the moisture transport inside the wall. This transport influences the heat transfer because as much moisture as energy is transferred due to the combined gradients of thermal and moisture content The main objective of this work is to investigate the effect of the inclusion of the moisture transport in the heat transfer process and, as a consequence, in the thermal flow values. The classic model by Philip and De Vries for the analysis of the simultaneous heat and mass transfer in insaturated porous media is used. In that model, the mass and energy conservation equations are obtained using the fenomenological laws of mass diffusion (Darcy's law for the liquid phase and Fick's law for the phase vapor) and heat diffusion (Fourier's law). The governing equations are then recovered in such a way that the influence of the thermal and moisture content gradients are explicit in the heat and mass transport processes, through the difusivities associated to these gradients. The governing equations are numerically solved using the Finite Volume Method. In order to analyse the results, two types of wall are used. The first represents a typically american wall, whose thermal behavior was already investigated by others authors and whose results are used to validate the method used in this work. The second wall has the configuration of a brazilian wall and is the main object of analysis addressed here. For the two configurations, convective boundary conditions are assumed on both sides of the wall along with a condition of mass flow impermeability. The expressions for the thermophysics and difusivities properties of the materiais that compose the walls were obtained by the literature. The results are presented in the form of temperature and moisture content profiles as a function of time for two simulated situations: thermal process and a coupled heat and moisture transport process. In adition, values of the external and internal heat flows are compared for the two processes investigated.

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