Neste trabalho foi desenvolvido um procedimento computacional para síntese de redes de trocadores de calor que sejam flexíveis (capazes de operar sujeito a incerteza) e controláveis. A síntese foi baseada em uma superestrutura proposta na literatura que tem como objetivo minimizar simultaneamente o custo operacional e de investimento do projeto. Considerações gerais baseadas nessa formulação foram discutidas neste trabalho. Assumiu-se incerteza nas temperaturas de entrada e vazões de cada corrente. Inicialmente foi implementado um procedimento para geração de projetos flexíveis baseado numa estratégia em dois estágios. O primeiro estágio precede a operação (fase de projeto) onde as variáveis de projeto são escolhidas, i.e. a existência e a dimensão dos equipamentos. Num segundo estágio (fase de operação) as variáveis de controle, i.e. os graus de liberdade adicionais, são ajustados de acordo com a realização dos parâmetros incertos. O estágio de projeto é realizado através de um problema de otimização multiperíodo, onde cada período corresponde a um cenário operacional, resultando em um problema do tipo MINLP. Com o objetivo de explorar a estrutura bloco-diagonal de problemas dessa natureza, uma técnica de decomposição baseada no conceito de relaxação Lagrangeana foi desenvolvida como uma alternativa para resolução de problemas de larga escala. A etapa de operação consiste numa análise de Flexibilidade tendo como objetivo checar se o projeto obtido no estágio anterior é capaz de operar na região de incerteza especificada. Esta análise é realizada através da avaliação do Índice de Flexibilidade, através da estratégia do conjunto ativo resultando em um problema MI(N)LP. Caso o projeto seja suficientemente flexível, passa-se para a etapa seguinte, caso contrário, o ponto crítico que define a solução desse problema é adicionado ao conjunto inicial de cenários operacionais e o problema multiperíodo é resolvido novamente. Este procedimento é resolvido iterativamente até que se tenha um projeto flexível. Neste caso, um problema MILP é resolvido com o intuito de selecionar a estrutura de controle, baseado na minimização de métricas de controlabilidade, que garantem manter as temperaturas de saída em suas respectivas referências usando controladores do tipo PI (Proporcional Integral). A flexibilidade efetiva, obtida após a implementação da estrutura de controle é avaliada, e possíveis pontos críticos são adicionados e o projeto é refeito. Por fim, através da geração de modelos dinâmicos e projeto dos controladores, o desempenho do projeto pode ser checado. / In this work it was developed a computational framework for synthesis of flexible and controllable Heat Exchanger Network. The synthesis was accomplished based on the superstructure proposed in the literature for minimizing simultaneously the operating cost and the investment cost. The general assumptions used by this formulation were discussed. It was assumed uncertainty in the inlet temperatures and flowrates. The framework for flexible design is based on the termed two stage strategy. The first stage is prior to the operation (design phase) where the design variables are chosen, i.e. the existence and dimension of the equipments. At the second stage (operation phase) the control variables are adjusted during operation on the realizations of the uncertain parameters. The design stage was accomplished with a multiperiod optimization problem resulting in a MINLP formulation. In order to exploit the block diagonal structure of multiperiod problems, a decomposition technique based on the concept of Lagrangean Relaxation was developed as an alternative in order to solve the formulation for large scale problems. The operation stage checks whether the design selected in the previous step is able to operate over the space of uncertain parameters. This step was assessed by the Flexibility Index evaluation through a MI(N)LP formulation using the Active set strategy. If the design is sufficient flexible the procedure terminates; otherwise, the critical point obtained from the flexibility evaluation is included in the current set of periods, and a new multiperiod problem is solved in order to obtain a new design. Once the flexible design is achieved a MILP model is solved in order to define the control structure selection according to controllability metrics, i.e. the set of manipulated inputs (taken from the general set of potential manipulations) that can ensure the outlet temperatures target using standard feedback controllers, e.g. PID controllers. The effective flexibility is evaluated in order to check if the design is feasible for the given control structure selection, otherwise a new critical point is identified and the multiperiod design is performed again. Later on, the dynamic model and closed loop performance can be checked.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2017-12-14T13:04:51Z No. of bitstreams: 1 118218.pdf: 652524 bytes, checksum: efad7fcc591ac2645b77f6efa7ed9766 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-14T13:04:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 118218.pdf: 652524 bytes, checksum: efad7fcc591ac2645b77f6efa7ed9766 (MD5) Previous issue date: 1967-03 / CAPES / Realizamos esta experiência a fim de estudar a transferência de calor por convecção natural de prato isotérmico. O disco, situado no ar ambiente, tinha a superfície superior aquecida e exposta horizontalmente. O aquecimento foi feito pot resistência de fio, embutida no prato. Tomamos precauções com o objetivo de minimizar os efeitos de casuais correntes de ar. O calor gerado na resistência deixava a aparelhagem através de vários caminhos. As perdas de calor estranhas àquela investigada foram calculadas individualmente e subtraídas do total, fornecendo o calor perdido por convecção natural da superfície plana e horizontal do disco. Os valores obtidos comparamos com aqueles prognosticados por McAdams, sendo a discrepância da ordem de dez por cento. Finalmente, com base na experiência adquirida no desenrolar dos trabalhos, projetamos aparelhagem capaz de fornecer resultados definitivos e acurados.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-05T16:06:23Z No. of bitstreams: 1 148279.pdf: 1361866 bytes, checksum: a2abee83909e20b0d6207d81f601f923 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-05T16:06:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 148279.pdf: 1361866 bytes, checksum: a2abee83909e20b0d6207d81f601f923 (MD5) Previous issue date: 1971-12 / OEA / Estuda os efeitos da dissipação viscosa na transferência de calor por condensação. A condensação de vapor superaquecido, na presença de gás não condensável para fluxo forçado sobre uma placa plana horizontal isotérmica, mantida a uma temperatura constante, forma um filme laminar. Isto é analisado. A condensação de vapor puro é tratado como um caso particular. Para a solução numérica se considerou vapor de água como vapor condensável e ar como gás não condensável. Os resultados de transferência de calor são obtidos para uma ampla faixa de valores do parâmetro da dissipação viscosa que é o número de ECKERT. Nota-se que o efeito da dissipação viscosa e incrementar a temperatura na interface. Por conseguinte, a dissipação viscosa tem um efeito similar à do superaquecimento, isto é, aumentar a taxa de transferência de calor à placa. / Studies viscous dissipation effects in the condensation heat transfer. Laminar film condensation of a superheated vapour, in the presence of a non-condensable gas, for forced flow over an horizontal, isothermal flat plate ata constant temperature, is analyzed. Condensation of pure vapour is treated as a particular case. The problem is formulated as an exact boundary layer solution. For numerical solution, steam as the condensing vapour and air as the noncondensable gas are considered. Heat transfer results are obtained for a wide range of values of the viscous dissipation parameter Ec (Eckert number). It is noted that the effect of viscous dissipation is to increase the temperature at the interface. Therefore, the effect of the viscous dissipation and that of superheating are similar. That is they produce an increase in the rate heat is transferred to the flat surface. / El presente trabajo estudia los efectos de la disipación viscosa en la transferencia de calor por condensa ción. La condensación de vapor sobrecalentado, en la presencia de gas no condensable para flujo-forzado sobre una placa plana horizontal isotérmica mantenida a una temperatura constante, forma un filme laminar. Esto es analizado. La condensación de vapor puro es tratado como un caso particular. Para la solución numérica se consideró vapor de agua como vapor condensable y aire como gas no condensable. Los resultados de transferencia de calor son obtenidos para un amplio rango de valores del parámetro de la disipación viscosa que es el número de ECKERT. Se nota que el efecto de la disipación viscosa es incrementar la temperatura en la interface. Por conseguiente la disipación viscosa tiene un efecto similar al del sobrecalentamiento,estoquiere decir, aumentar la rata de transferencia de calor a la placa.

Orientador: André Luiz Seixlack / Banca: João Batista Campos Silva / Banca: Vicente Luiz Scalon / Resumo: Neste trabalho, apresenta-se um modelo numérico do escoamento e da transferência de calor, no regime transiente, de fluidos refrigerantes no interior de tubos capilares, largamente usados como dispositivos de expansão em sistemas de refrigeração e condicionamento de ar de pequeno porte. Os tubos capilares aqui analisados formam, em parte de suas extensões, um trocador de calor em contracorrente com a linha de sucção do compressor, conhecido como trocador de calor tubo capilar-linha de sucção. A análise do comportamento dinâmico do escoamento é de fundamental importância, pois os tubos capilares são usados em sistemas de refrigeração, que geralmente são controlados pelo método liga-desliga. Tal escoamento é assumido unidimensional e, dependendo da condição no tempo, é dividido em uma região onde o fluido refrigerante encontra-se no estado de líquido sub-resfriado, outra de escoamento bifásico líquido-vapor e outra de vapor superaquecido. O tubo capilar é considerado reto, horizontal, com diâmetro constante e o fenômeno de metaestabilidade do escoamento é desconsiderado. Implementa-se no modelo o procedimento para a simulação de transientes de partida do sistema. A solução do sistema de equações diferenciais, usando o método de Volumes Finitos, é obtida ao longo do tubo até que a condição de bloqueio seja alcançada, ou até que a pressão de evaporação seja atingida, caso o escoamento não esteja bloqueado. Os resultados obtidos são comparados com os dados experimentais disponíveis na literatura e obtidos a partir de outros modelos / Abstract: This work presents a numerical model to simulate unsteady flow and heat transfer along nonadiabatic capillary tubes, commonly used as expansion devices in small refrigeration and air conditioning systems. These capillary tubes form with the suction line of the compressor, in part of their extension, a counter flow heat exchanger. Such device is called capillary tubesuction line heat exchanger. Analysis of the flow dynamic behavior is very important, since the capillary tubes are used in refrigeration systems generally controlled by on-off method. The flow along the straight and horizontal capillary tube, with constant inner diameter, is divided, depending of time condition, into three regions: a single-phase flow of subcooled liquid, a two-phase flow region and a single phase of flow superheat. The flow is taken as one-dimensional and the metastable flow phenomenon is neglected. The procedure for simulation of the start-up transient period of the system is implemented in the model. The solution of the governing equations is obtained using the Finite Volume method, along the tube until the blocking condition is reached, or until the evaporation pressure is reached, if the flow is not blocked. The numerical results obtained are compared with the experimental date from the literature and with results obtained from other models / Mestre

Neste trabalho foi desenvolvido um procedimento computacional para síntese de redes de trocadores de calor que sejam flexíveis (capazes de operar sujeito a incerteza) e controláveis. A síntese foi baseada em uma superestrutura proposta na literatura que tem como objetivo minimizar simultaneamente o custo operacional e de investimento do projeto. Considerações gerais baseadas nessa formulação foram discutidas neste trabalho. Assumiu-se incerteza nas temperaturas de entrada e vazões de cada corrente. Inicialmente foi implementado um procedimento para geração de projetos flexíveis baseado numa estratégia em dois estágios. O primeiro estágio precede a operação (fase de projeto) onde as variáveis de projeto são escolhidas, i.e. a existência e a dimensão dos equipamentos. Num segundo estágio (fase de operação) as variáveis de controle, i.e. os graus de liberdade adicionais, são ajustados de acordo com a realização dos parâmetros incertos. O estágio de projeto é realizado através de um problema de otimização multiperíodo, onde cada período corresponde a um cenário operacional, resultando em um problema do tipo MINLP. Com o objetivo de explorar a estrutura bloco-diagonal de problemas dessa natureza, uma técnica de decomposição baseada no conceito de relaxação Lagrangeana foi desenvolvida como uma alternativa para resolução de problemas de larga escala. A etapa de operação consiste numa análise de Flexibilidade tendo como objetivo checar se o projeto obtido no estágio anterior é capaz de operar na região de incerteza especificada. Esta análise é realizada através da avaliação do Índice de Flexibilidade, através da estratégia do conjunto ativo resultando em um problema MI(N)LP. Caso o projeto seja suficientemente flexível, passa-se para a etapa seguinte, caso contrário, o ponto crítico que define a solução desse problema é adicionado ao conjunto inicial de cenários operacionais e o problema multiperíodo é resolvido novamente. Este procedimento é resolvido iterativamente até que se tenha um projeto flexível. Neste caso, um problema MILP é resolvido com o intuito de selecionar a estrutura de controle, baseado na minimização de métricas de controlabilidade, que garantem manter as temperaturas de saída em suas respectivas referências usando controladores do tipo PI (Proporcional Integral). A flexibilidade efetiva, obtida após a implementação da estrutura de controle é avaliada, e possíveis pontos críticos são adicionados e o projeto é refeito. Por fim, através da geração de modelos dinâmicos e projeto dos controladores, o desempenho do projeto pode ser checado. / In this work it was developed a computational framework for synthesis of flexible and controllable Heat Exchanger Network. The synthesis was accomplished based on the superstructure proposed in the literature for minimizing simultaneously the operating cost and the investment cost. The general assumptions used by this formulation were discussed. It was assumed uncertainty in the inlet temperatures and flowrates. The framework for flexible design is based on the termed two stage strategy. The first stage is prior to the operation (design phase) where the design variables are chosen, i.e. the existence and dimension of the equipments. At the second stage (operation phase) the control variables are adjusted during operation on the realizations of the uncertain parameters. The design stage was accomplished with a multiperiod optimization problem resulting in a MINLP formulation. In order to exploit the block diagonal structure of multiperiod problems, a decomposition technique based on the concept of Lagrangean Relaxation was developed as an alternative in order to solve the formulation for large scale problems. The operation stage checks whether the design selected in the previous step is able to operate over the space of uncertain parameters. This step was assessed by the Flexibility Index evaluation through a MI(N)LP formulation using the Active set strategy. If the design is sufficient flexible the procedure terminates; otherwise, the critical point obtained from the flexibility evaluation is included in the current set of periods, and a new multiperiod problem is solved in order to obtain a new design. Once the flexible design is achieved a MILP model is solved in order to define the control structure selection according to controllability metrics, i.e. the set of manipulated inputs (taken from the general set of potential manipulations) that can ensure the outlet temperatures target using standard feedback controllers, e.g. PID controllers. The effective flexibility is evaluated in order to check if the design is feasible for the given control structure selection, otherwise a new critical point is identified and the multiperiod design is performed again. Later on, the dynamic model and closed loop performance can be checked.

Orientador: Elias Basile Tambourgi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T04:26:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_ThadeuAlfredoFarias_M.pdf: 5396797 bytes, checksum: fb0ca3ed2816b12c4c4ee60aeceb38e7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho apresenta o dimensionamento e cálculos do trocador de calor duplo-tubo de cotato indireto e troca direta, aplicado nas instalações dos geradores elétricos a combustão, com o objetivo de analisar a viabilidade de um projeto para tratamento do ar quente gerado dentro das estruturas metálicas ou canópias. Os dados coletados basearam-se no levantamento de registros de temperatura internas e externas dos geradores, velocidade, pressão e vazão do ar quente nos dutos de saída e por último a utilização de equações da termodinâmica para obtenção dos resultados. Acrescentam-se ainda aos cálculos as propriedades dos fluidos, as dimensões dos tubos e as propriedades térmicas da tubulação do aço, materiais estes utilizados na sua construção. Comparadas as curvas de registros levantadas, obteve-se as temperaturas médias de entrada e saída e interna do motor com média de 27,694°C, 40,814°C e 33,383°C, respectivamente. No caso das curvas de registros da vazão e a diferença de pressão apresentaram pouca oscilação, sendo consideradas como constantes e iguais a 20,496 m3/h e 80,138 Pa, respectivamente. Após os balanços energéticos, o trocador de calor de duplo-tubo ficou determinado como sendo: diâmetro do tubo interno 3 ½ polegada e diâmetro do tubo externo de 6 polegadas, ambos de aço carbono com 13,52 pés de comprimento linear de troca de calor. Usando uma vazão de 1,4 m3/h de água a 23°C, obteve-se uma taxa de troca de calor no sistema de 0,4719 Btu/h. A contribuição deste trabalho é possível com a determinação da taxa de calor trocada no sistema do trocador de calor e assim garantir-se que esta opção de instalação pode ser controlada para obter-se a atenuação térmica interna nos grupos geradores de energia / Abstract: This paper presents the design and calculation of the heat exchanger double-tube indirect and direct exchange, applied on the premises of the combustion electric generators, in order to analyze the feasibility of a project for the treatment of hot air generated within the metal structures or canopies. The data collected were based on survey records of internal and external temperature of generators, speed, pressure and flow of hot air in the ducts output and finally the use of equations of thermodynamics to obtain the results. It is further added to the calculations the fluid properties, the dimensions of the pipes and the thermal properties of the steel pipe, these materials used in its construction. Comparing the curves of records raised, there was obtained the average temperatures of the inlet and outlet and the internal engine ° C mean 27.694, 40.814 ° C to 33.383 ° C, respectively. In the case of records of flow curves and pressure difference showed little change, being considered as constant and equal to 20.496 80.138 m3/he Pa, respectively. After the energy balances the heat exchanger double-tube was determined to be: diameter of the inner tube 3 ½ inch diameter and 6 inch outer tube, both made of carbon steel with 13.52 feet long linear heat exchange . Using a flow rate of 1.4 m3 / h of water at 23 ° C, there was obtained a rate of heat exchange in the system of 0.4719 Btu / hr. The contribution of this work it is possible to determine the rate of heat exchanged in the heat exchanger system and ensure that there is attenuation in internal thermal energy generators / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Arai Augusta Bernardez Pecora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-24T09:11:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HernandezRodriguez_OscarMauricio_M.pdf: 9306255 bytes, checksum: dadc1b869f81d7aa5408b37dfb30f782 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A recuperação de calor de gases ou sólidos particulados aquecidos é uma das aplicações viáveis dos sistemas fluidizados. Neste trabalho foi realizado um estudo da recuperação de calor de sólidos particulados aquecidos através do desenvolvimento de uma metodologia de projeto e de um modelo matemático para um trocador de calor com leito fluidizado raso com tubos imersos e do levantamento da influência dos parâmetros: diâmetro da partícula, fluxo mássico de sólidos e fluxo mássico de gás fluidizante. Foi projetada e construída uma bancada experimental constituída de uma válvula de alimentação pneumática de sólidos, um combustor com leito fluidizado borbulhante, uma válvula de alimentação para sólidos quentes e um trocador de calor com leito fluidizado raso. O sistema de recuperação de calor foi avaliado em termos de sua efetividade através da determinação do coeficiente de transferência de calor mistura-parede e das temperaturas de entrada e saída das três correntes envolvidas no balanço de energia: água, ar e sólidos. Foram realizadas medidas da temperatura da suspensão gás sólido, o que permitiu a obtenção experimental do coeficiente de transferência de calor mistura-parede ao longo do comprimento do trocador, resultado ainda não disponível na literatura. Os resultados experimentais foram posteriormente comparados com os encontrados na literatura e também com os obtidos através do modelo desenvolvido para prever o comportamento do sistema, apresentando bom acordo. Os resultados obtidos são importantes para uma melhor compreensão de sistemas para recuperação de energia de sólidos particulados quentes, além de serem úteis para o projeto de trocadores de calor com leito fluidizado raso / Abstract: The heat recovery from hot gases or hot solid particles is one of the viable applications of fluidized systems. This work presents a study on heat recovery from solid particles through the development of a design methodology and a mathematical model for a shallow fluidized bed heat exchanger with immerged tubes and through the analysis of the influence of three parameters: particle diameter, solids and gas mass flow rate. An experimental device, with a solids pneumatic valve, a bubbling fluidized bed combustor, a hot particles feeding valve and a shallow fluidized bed heat exchanger was designed and built. The effectiveness of the heat recovery system was evaluated through the determination of the average bed-wall heat transfer coefficient and of the inlet/outlet temperatures of the three currents involved in the energy balance: water, air and solids. Gas-solid suspension temperature measurements were taken, what allowed to obtain the bed-wall heat transfer coefficient along the heat exchanger length, that resuIt isn't yet availablein the literature. The experimental results were compared with the literature and with the obtained through the model developed to foresee the behavior of the system. The results contribute for a better understanding of heat recovery systems of hot solid particles, and are useful for the design of shallow fluidized bed heat exchangers / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marcelo Moreira Ganzarolli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T02:18:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Franco_AdmilsonTeixeira_D.pdf: 2688564 bytes, checksum: f202fe5c772924ee18201d9e7a10fc21 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho estuda-se a influência de uma parede formando um canal vertical quando é posicionada frontalmente a uma cavidade aberta. São consideradas duas condições de contorno para a parede posicionada em frente à cavidade: parede isotérmica à temperatura ambiente e parede adiabática. As paredes horizontais da cavidade aberta são adiabáticas e a parede vertical é mantida aquecida. A razão de aspecto da cavidade aberta, B = L/H, assume os valores 0,5, 1,0, 3,0 e 6,0, onde L é a largura e H a altura da cavidade. A faixa do número de Rayleigh estudada é de 103 a 107 e o número de Prandtl foi fixado como 1,0. É feita a análise da influência da razão de aspecto da cavidade e das condições de contorno da parede frontal sobre o valor do número de Nusselt médio, bem como o padrão de escoamento atingido em regime permanente. Para a solução numérica do problema, é empregado o método dos Volumes Finitos para a discretização espacial e o método SOLA para a discretização temporal. O esquema Power-Law é usado na aproximação dos termos convectivos e difusivos. Verifica-se que existem duas regiões distintas no domínio Ra x b/H, onde b/H é a distância adimensional entre as paredes do canal vertical: o escoamento no canal e o escoamento na cavidade. Quando o escoamento no canal está presente, o efeito da condição de contorno da parede frontal sobre o valor do número de Nusselt médio é pequeno. Para o caso do escoamento restrito à cavidade, a condição de contorno da parede frontal passa a ser importante. O aumento da razão de aspecto B para um mesmo número de Rayleigh, sendo Rayleigh < 104, faz com que a convecção se torne cada vez menos importante, assim como a aproximação da parede junto à entrada da cavidade. O método de análise de escala, quando possível, é utilizado na tentativa de melhor explicar os resultados / Abstract: In this work the problem of natural convection in a rectangular open cavity with and without the presence of a shrouding wall has been analysed. One vertical wall is heated and the horizontal walls are adiabatic. The other vertical wall is open to the ambient or a fluid reservoir. That is the opening. A shrouding wall is placed in front of this open wall forming a vertical open channel. Two different boundary conditions are analysed for the shrouding wall: isothermal or adiabatic. The aspect ratio effect B = L/H of the open cavity has been defined such as 0.5, 1.0, 3.0 e 6.0, where L is the width and H is the cavity height. The Rayleigh number ranged from 103 to 107 and the Prandtl number was mantained at 1.0. The influence of the aspect ratio of the cavity and the boundary conditions of the shrouding wall on the Nusselt number is analysed, and the flow pattern under steady state conditions is determined. The numerical solution of the Navier-Stokes equations have been obtained using the Finite Volume Method for the spatial discretization, and the SOLA method for the time discretization. The Power-Law scheme was used to obtain the convective and diffusive terms of the Navier-Stokes and Energy equations. There are two distincts regions in the Ra x b/H domain, where b/H is the dimensionless distance between the vertical walls of the channel: the channel flow and the cavity flow. When the flow is present in the channel, the effect of the boundary condition on the shrouding wall on the average Nusselt number is small. For the flow restricted into the cavity, the boundary condition on the shrouding wall becomes important. When the aspect ratio B increases and the Rayleigh number is little than 104, the convection becomes less important. The same occurs when the shrouding wall is too close from the opening. The scale analysis method is used to clarify the results when possible / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Ingeniero Civil Mecánico / Los medios porosos no homogéneos están presentes en un amplio rango de aplicaciones, como es el uso de catalizadores. Estos materiales se generan a partir de compactación de polvos para formar pellets de diferente configuración geométrica. El correcto control de las reacciones químicas en la superficie de catalizadores puede influir en la eficiencia de estos materiales. Por otra parte, la transferencia de calor inversa busca estimar las causas que producen un efecto conocido en un problema de transferencia de calor, siendo uno de los más habituales el de la estimación de propiedades dependientes de temperatura, cuya resolución numérica es la más común. Este trabajo consiste en la determinación de un modelo de conductividad térmica para el material, en función de la posición espacial y el tiempo, mediante transferencia de calor inversa. Analizando así otro método de estimación de esta propiedad, frente a los métodos utilizados regularmente. Se dispone de videos termográficos, que muestran la distribución de temperaturas de la superficie de una pastilla de alúmina con platino. A través de un software de regresión simbólica, y luego de procesar los datos del video elegido, se encuentran funciones de temperatura que dependen de la posición en la superficie. Considerando más fotogramas del video, se obtienen funciones dependientes también del tiempo. Mediante análisis de error y forma se escogen las mejores funciones de los dos tipos. Para encontrar modelos de conductividad térmica se utiliza un método analítico y uno numérico. El método analítico se basa en la resolución de la ecuación diferencial de calor utilizando las funciones de temperatura. El resultado de este método no es satisfactorio por presentar valores sin sentido físico en algunas zonas. El método numérico encuentra modelos realizando regresión simbólica a datos de conductividad encontrados por una iteración numérica que utiliza la ecuación de calor y diferencias finitas. Las funciones de conductividad encontradas no se ajustan bien a todos los datos, pero tienen valores dentro de los rangos esperados. Los modelos encontrados mediante el método numérico se consideran válidos y aplicables para problemas que utilizan un catalizador de material similar.

Orientador : Marcelo Moreira Ganzarolli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T20:37:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Avelar_AnaCristina_D.pdf: 7553992 bytes, checksum: ac5ecbdd2e924c21075bbcc3f6bf42d8 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho a transferência de calor por convecção natural em uma série de placas planas, paralelamente dispostas, formando canais verticais abertos e contendo elementos protuberantes aquecidos e distribuídos sobre uma das paredes das placas é analisada numérica e experimentalmente. Situações de aquecimento uniforme e não-uniforme das placas são consideradas. Utiliza-se um modelo matemático bidimensional baseado nas equações de conservação da massa, conservação da quantidade de movimento e da energia, em regime permanente. A condução de calor através da placa de fixação dos elementos é considerada. As equações de Navier-Stokes são resolvidas na forma elíptica. As equações governantes são discretizadas utilizando-se o método de volumes finitos e resolvidas pelo algoritmo SIMPLEC. Condições de contorno de pressão especificada são adotadas na entrada e na saída do canal. Os testes experimentais utilizam um aparato com placas de fibra de vidro contendo elementos protuberantes de alumínio e seção quadrada. As placas são posicionadas em uma estrutura utilizada em equipamentos de telecomunicações. São realizados testes numéricos e experimentais variando-se a distância entre as placas, a potência de alimentação das mesmas e o posicionamento na placa dos elementos com diferentes taxas de dissipação de calor. Boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais é observada, particularmente para os menores valores de potência e distância entre placas. Diversas situações de aquecimento não-uniforme das placas são analisadas, sendo determinado um espaçamento ótimo entre placas, que maximiza a taxa de remoção de calor por unidade volume / Abstract: In this work, natural convection heat transfer ITom a series of vertical, parallel plates, forrning open channels containing heated protruding elements attached to one of the walls, is analyzed both numerically and ex.perimentally. Uniform and non-uniform heatin,g conditions of the plates are considered. A two-dimensional rnathematical model based on the conservation equations of mass, momentum and energy is used. Heat conduction to the walls is also considered and the Navier-Stokes equations are solved in elliptic formo The finite volume method is used for discretization and the SIMPLEC algorithrn for solving the pressure-velocity coupling. Specified pressure values are adopted at the channel entrance and exit. Experimental tests are performed in a facility containin,g fiberglass plates with protruding, square section, aluminum elements. The protruding elements have a resistance wire inside and are electrically heated by direct current sources. Plates arepositioned in a structure used in telecom equipment. Numerical and experimental tests are performed varying the distance between plates, the power supplied to the system and, in the non-uniform heating conditions, the position of the elements that are differentially heated. Good agreement is observed between numerical and experimental results, particularl)' for the srnaller distances and power levels. Several non-uniform heating conditions are analyzed and an optimum spacing between plates is determined, which maximizes heat dissipation per unit volume / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica