Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Antonio Andre Chivanga Barros / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T23:52:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_Cintia_M.pdf: 6610044 bytes, checksum: 4b52b82aa749a3987b506a6240f74361 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Devido à sua abrangência com os fenômenos de transferência de massa, calor e quantidade de movimento, capacidade e características operacionais, relações termodinâmicas e o amplo envolvimento com outros equipamentos industriais, o estudo dos processos de separação por destilação toma-se muito complexo, apesar de sua extensiva utilização nas indústrias químicas e petroquímicas. Por isto, trabalhos de grande relevância científica são ainda desenvolvidos para melhor entender os fenômenos relacionados e que permitem melhorar a sua operacionalidade. Assim, este trabalho teve como objetivo a avaliação experimental de uma coluna de destilação com pratos perfurados, permitindo averiguar o comportamento das eficiências de Murphree, O'Connell e da correlação de Barros & Wolf, além da avaliação dos perfis dos coeficientes de transferência de massa e calor ao longo do equipamento. Os dados experimentais obtidos foram utilizados para a validação dos modelos de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio e da correlação de eficiência desenvolvida por Barros & Wolf. Para a realização deste trabalho, uma coluna de destilação, em aço inoxidável, contendo 8 pratos perfurados com vertedor e um sistema para controle da potência foram projetados e construídos. A coluna contém 8 pontos para a coleta de amostras de líquido e termopares acoplados em cada prato para a leitura de temperatura. Para cada experimento foram variadas as composições do etanol na alimentação e a potência fomecida ao refervedor para avaliar a influência da carga térmica sobre o comportamento das frações molares e da temperatura em uma coluna operada a refluxo total. Nos ensaios, trabalhou-se com o sistema etanolágua por ser de fácil determinação analítica e por existirem dados de equilíbrio precisos e alguns valores de eficiência. Após o alcance do estado estacionário, determinado a partir de leituras periódicas de temperatura ao longo do equipamento, foram feitas coletas de amostras de líquido em cada estágio da coluna, as quais foram analisadas empregando a técnica de cromatografia à gás. Com os dados da temperatura, composição do etanol e da água em cada estágio e da potência fomecida ao refervedor, foram calculadas as eficiências de Murphree e de O'Connell. Com a utilização de programas computacionais envolvendo a modelagem de estágios de equilíbrio (com a correlação de Barros & Wolf) e de não equilíbrio, desenvolvidos no Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação da UNICAMP, foram realizadas simulações nas condições de operação dos experimentos, cujos dados obtidos foram utilizados para comparação com dados experimentais de forma a corroborar tais modelos. Os resultados obtidos mostraram que as modelagens de estágios de equil íbrio e de não equilíbrio reproduzem, com grande fidelidade, as condições reais do processo e representam o comportamento real dos coeficientes de transferência de massa e calor ao longo da coluna de destilação. Os resultados obtidos mostraram-se compatíveis com os dados da literatura / Abstract: Due to the relation with the mass, heat and momentum transfer phenomena, capacity and operational characteristics, thermodynamic properties and the wide relationship with other industrial equipment, the study of the separation processes by distillation becomes very complex, in spite of its extensive use in the chemical and petrochemical industries. For this reason, researches of great scientific relevance are still being developed for better understanding the related phenomena and for allowing the improvement of the operation. Thus, this work presents as objective the experimental study of a distillation column with sieve plates to evaluate the behaviour of the Murphree efficiency, Q'Connell and Barros & Wolf correlations and the mass and heat transfer coefficients along the equipment. The experimental data were obtained used for the validation of the equilibrium and nonequilibrium stage models and of the new efficiency correlation developed by Barros & Wolf. For these purposes, a stainless steel distillation column with eight sieve plates with down comer and a system for the power measuring were designed and built. The column contains eight spaced temperature/sample points. For each experiment, the ethanol feed composition and the heat duty were changed to evaluate the influence of the heat duty on the behaviour of the mole fractions and on the temperature profiles in the column operating at total reflux. After established the steady state, the liquid samples and the temperature were taken in each stage of the column, and the samples were analyzed using the gas chromatography technique. Using the temperature and ethanol and water compositions in each stage and the heat duty supplied to the reboiler, Murphree and Q'Connell efficiency were calculated. The programs involving the equilibrium stage model (with Barros & Wolf correlation) and the nonequilibrium stage model developed in the Laboratory of Separation Process Development (UNICAMP) were used in the simulations at the same conditions of the experiments. The data obtained with simulations were compared with experimental data to corroborate such models. The obtained results showed that the equilibrium stage model and the nonequilibrium stage model reproduce, with great fidelity, the real conditions of the process and they can be used to represent the real behaviour of the mass and heat transfer coefficients along the distillation column / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Luis Augusto Barbosa Cortez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T15:21:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeruelMederos_BarbaraJanet_D.pdf: 20721638 bytes, checksum: f2e7f167856b1c8085542d27ae299592 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho apresenta-se um estudo para a obtenção das curvas de resfriamento e do coeficiente de transferência de calor convectivo, de frutas de geometria diferentes (laranja e banana). Os frutos foram resfriados num sistema de circulação de ar forçado à temperatura de 1 º C e 7 º C e umidade relativa entre 87-88%. O sistema de resfriamento foi projetado para garantir três fluxos de ar, avaliando-se o resfriamento dos fluxos submetidos a fluxos de 6; 7,5 e 10 metros cúbicos por hora.Os frutos foram acondicionados em duas embalagens, com área efetiva para a passagem do ar variando de 40% a 3,5%. Para a coleta dos dados experimentais foi aplicado um delineamento experimental aleatorizado, num esquema fatorial 3x2 para os experimentos com laranja e um esquema fatorial 2x2, nos experimentos com banana. O nível de significância estatística adotado para a análise dos resultados foi de 10%. Outras medições foram desenvolvidas para caracterizar a razão de aspecto dos frutos, e avaliar as perdas de peso após o resfriamento. Um modelo matemático bidimensional, em coordenadas esferoidais prolato, foi adaptado para caracterizar a condução de calor transiente dentro da fruta, assumindo-se condição de contorno convectiva na superfície do corpo. As equações geradas foram resolvidas numericamente pelo método de volumes finitos, e as equações lineares resolvidas iterativamente pelo método de Gauss-Seidel. O coeficiente de transferência de calor convectivo aparente foi obtido por ajuste, aplicando o método dos mínimos quadrados. O modelo prediz a distribuição interna de temperatura nos frutos, assim como a temperatura média ao longo do processo de resfriamento. A adequada concordância entre os resultados experimentais e numéricos, permitem afirmar que o modelo proposto caracteriza adequadamente o processo de resfriamento dos frutos, assim como os valores do coeficiente de transferência de calor obtidos por ajuste. Também foram desenvolvidos cálculos econômicos, que permitiram obter o custo total de resfriamento de laranja em sistemas com ar forçado, comparando-se com o custos quando resfriadas em sistemas convencionais / Abstract: This work states a study for the obtaining of the cooling curves and of the convective heat transfer coefficient of geometrical different ftuits (orange and banana). The ftuits were cooled in a system of forced air to the temperature of 1°C and 7°C relative humidity between 87-88%. The cooler system was projected to guarantee three flows of air, being evaluated the cooler of the fruits submitted to flows of6; 7,5 and 10 m3/h.The fruits were conditioned in two package, with effective passage area ofthe air varying from 40% to 3,5%. For the collection of the experimental data it was applied an experimental random non-alignment, in an factorial scheme 3x2 for the experiments with orange and an factorial scheme 2x2, in the experiments with bananas. The level of statistical significant adopted for the analysis of the results was of 10%. Other measurements were developed for characterize the reason of aspects of the fruits, and to evaluate the losses of weight of the fruits after the cooler. A mathematical bidimensional modei, in prolate spheroid coordinates, was adapted and applied to characterize the conduction of heat transient inside of the ftuit, being assumed boundary condition convective in the surface of the body and constant diffusion coefficient. The generated equations was numerical solved for the finite-volume method or, and the linear equations set was solved iteratively utilizing the Gauss-Seidel method. The apparent heat transfer convective coefficient was obtained by adjustment, applying the square minimum method. The model predicts the internal distribution of temperature in the fruits, as well as the medium temperature along the cooling processoThe appropriate agreement among the experimental and numeric results, they allow to affirm that the model proposed it characterizes the of cooling process of the fruits appropriately used in the experiments, as well as the values of the apparent heat transfer convective coefficient of value obtained by the adjustment. Economical calculations were also developed, that allowed to obtain the total cost of cooling of orange in systems with forced- air cooling, being compared with it costs in room cooling systems / Doutorado / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientador : Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:13:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Spinelli_JoseEduardo_D.pdf: 12716637 bytes, checksum: 79131dc23b1f9de6e4d77299eeff6973 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Poucos estudos têm analisado os efeitos da convecção no líquido interdendrítico, bem como a influência da direção de crescimento em relação à gravidade nas variáveis térmicas e estruturais durante a solidificação. Neste trabalho, foi utilizado um dispositivo de solidificação unidirecional vertical descendente, constituído por uma lingoteira de aço inoxidável com diâmetro interno de 60 mm, 157 mm de comprimento e 9 mm de espessura. Na parte superior, foi posicionada uma câmara de refrigeração a água do mesmo material do molde e com espessura útil de 3,0 mm. Após a obtenção dos lingotes e registrados os respectivos perfis térmicos experimentais, foram determinadas as variáveis térmicas de solidificação: coeficiente de transferência de calor metal/molde, velocidades de deslocamento da isoterma liquidus, gradientes térmicos e taxas de resfriamento para a solidificação unidirecional descendente de ligas hipoeutéticas do sistema Sn-Pb (Sn5%Pb, Sn15%Pb e Sn20%Pb). Estas variáveis térmicas são confrontadas com as previsões teóricas de um modelo numérico de solidificação e, em seguida, correlacionadas com os parâmetros estruturais: espaçamentos dendríticos primários, secundários e transição colunar/equiaxial (TCE). Dessa forma, são determinadas equações experimentais de crescimento para a solidificação descendente e verificado um critério de previsão da TCE. Realiza-se também uma análise comparativa dos presentes resultados com aqueles obtidos para solidificação vertical ascendente de ligas de mesma composição. Os resultados comparativos mostram que o efeito convectivo estimula a ocorrência da TCE e ainda é responsável por uma sensível redução dos espaçamentos dendríticos primários. As previsões teóricas de modelos de crescimento dendrítico representativos da literatura são confrontadas com os resultados experimentais / Abstract: Only a few studies have reported influences of interdendritic convection and growth direction on dendrite arm spacings. A downward directional solidification apparatus was used having a stainless steel split mold with an internal diameter of 60 mm, height 157 mm and a 9 mm wall thickness. The upper part of the split mold was closed with a water-cooling chamber made of stainless steel, with a wall thiclmess of 3 mm. A combined theoretical and experimental approach is developed to quantitatively determine the solidification thermal parameters: transient heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients and cooling rates during downward unsteady state solidification ofhypoeutectic Sn-Pb alloys. The resulting thermosolutal convection can start in the melt both within the interdendritic region and ahead of the dendrite array. The experimental results have shown that melt convection may be causing pileup of fractioned dendritic arms, which must stimulate the CET occurrence. The results have supported a criterion recently proposed based on a critical tip cooling rate. For upward unidirectional condition this critical value was found to be about 0.014 K/s for hypoeutectic Sn-Pb alloys. In the present study, in conditions of downward solidification, melt convection seems to favor the structural transition, which is anticipated and occurs for a critical cooling rate of about 0.03 K/s, for any of three hypoeutectic alloys experimentally examined. Primary dendritic arm spacings have been affected by the direction of growth, decreasing in conditions of downward vertical solidification when compared with those grown vertically upwards. The main predictive theoretical models for dendritic spacings are compared with the experimental observations / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

CAPES / Na indústria do petróleo existe um grande interesse no entendimento dos fenômenos de formação de hidratos já que eles podem danificar a tubulação, colocar vidas em risco e diminuir a produção de óleo e gás pelo bloqueio da linha. Ou seja, conhecer os fenômenos associados à formação de hidratos reflete diretamente no custo operacional da indústria petrolífera. Diversos grupos de pesquisa já propuseram diferentes modelos para predizer o crescimento de hidratos na interface líquido-gás e na parede das tubulações de produção de petróleo em águas profundas. Entretanto, os modelos baseados unicamente na transferência de calor não foram adequados para explicar os dados experimentais pois os consumos de água e gás não eram considerados. Assim, esta dissertação tem como objetivo desenvolver um modelo, matemático e numérico, que permita prever o crescimento dos hidratos de metano e de dióxido de carbono na parede da tubulação por meio das equações de conservação de massa e energia de forma acoplada. Como nenhuma solução analítica é possível, foi utilizado o método numérico dos volumes finitos com o esquema totalmente implícito. A verificação da implementação computacional foi realizada utilizando um modelo de dissociação de hidratos existente na literatura. A partir dos resultados numéricos, foi avaliado como as condições termodinâmicas, a porosidade e a condutividade térmica do hidrato, o diâmetro da tubulação e a disponibilidade de gás influenciam na taxa de crescimento de hidrato. Como principais resultados, verificou-se que a porosidade e a disponibilidade de gás representaram grande importância no cálculo da taxa de crescimento da camada de hidrato. / The study of the clathrate-hydrate formation processes in pipelines is very important to the oil and gas industry because these structures can stop production and it represents a safety risk due to the pressure build-up in the pipelines. Several research groups have proposed different models to predict how a hydrate film grows. However, the models based only on heat transfer could not explain satisfactorily the experimental data because the water and gas consumption were disregarded. So, in order to predict the hydrate growth phenomenon in tube wall, the current work presents a mathematical and numerical model for the coupled mass and energy balance problem for CO2 and CH4 hydrates. As a result of the coupling equations, no analytical solution is possible. So, a computational algorithm has been proposed based on the finite volume method and fully implicit scheme. The verification of the code was conducted through a dissociation model which has been presented by the literature. Although, its validation was not possible since no experimental data is currently available. The hydrate growth rate was evaluated by studying the influence of the thermodynamic conditions, the hydrate porosity and thermal conductivity, the pipe diameter and the gas availability. As a result, it has been noticed that the hydrate porosity and the gas availability had great influence in the hydrate growth rate.

CNPq / O bloqueio de linhas de produção devido à formação de hidratos é uma das principais preocupações na garantia do escoamento em operações de produção de óleo e gás devido aos altos custos associados às paradas de produção. Os hidratos são formados pelo aprisionamento de moléculas de gás em uma gaiola de moléculas de água formada por ligações de hidrogênio. As condições de alta pressão e baixa temperatura necessárias para a formação de hidratos são frequentemente encontradas em cenários de produção no mar, sendo que o escoamento em golfadas é considerado o padrão de escoamento predominante. O presente trabalho utiliza uma abordagem em regime permanente para modelar a formação de dispersões homogêneas de hidrato-em-água durante o escoamento em golfadas em tubulações horizontais. O consumo das fases para a formação de hidratos é estimado em função da área interfacial gás-água e da temperatura de subresfriamento do sistema. O modelo de escoamento em golfadas é acoplado com: (i) termos de transferência de massa para recalcular as velocidades das estruturas das golfadas e (ii) termos de geração de calor, visto que a formação de hidratos é um processo exotérmico. O modelo foi implementado em linguagem Fortran90, utilizando lógica nodal de marcha. Comparações do modelo com dados experimentais da literatura apresentam desvios de aproximadamente ±20%. O modelo foi utilizado para analisar os efeitos da formação de hidratos sobre a hidrodinâmica e transferência de calor do escoamento em golfadas, analisando: velocidades (superficiais e das estruturas do escoamento em golfadas), pressão, temperatura, coeficiente de transferência de calor e geometria da célula unitária do escoamento em golfadas (comprimento das regiões características e frações de fase). O modelo também foi utilizado para analisar a influência das condições de entrada do escoamento (velocidade superficial da mistura, razão de líquido/mistura, pressão, uso de inibidores químicos) e de geometria da tubulação (diâmetro interno, espessura da parede, condutividade da parede) que retardam a formação de hidratos. Ao final, a influência da deposição de camadas de hidratos sobre o escoamento em golfadas (pressão, temperatura, velocidades, geometria da geometria da célula unitária) é analisado. / Hydrate formation is one of the main flow assurance concerns in offshore oil and gas production due to the high cost of production interruptions or impairments. Hydrates are formed by the imprisonment of gas molecules into hydrogen bonded cages of water molecules. The high pressure and low temperature conditions needed for hydrate formation are frequently found in offshore production scenarios, where slug flow is often the prevailing flow regime. The present work uses a steady-state approach for modeling homogeneous hydrate-in-water dispersion formation on horizontal slug flow in pipelines. The consumption of the phases during hydrate formation is estimated by a kinetic model in terms of the gaswater interfacial surface and the subcooling of the system. The slug flow model is coupled with: (i) mass transfer terms so as to recalculate the velocities of the slug flow structures and (ii) heat generation terms, since hydrate formation is an exothermic process. Comparisons of the model with experimental data present an average deviation of ±20%. The model was used to analyze the effects brought by hydrate formation over the slug flow hydrodynamics and heat transfer, analyzing: velocities (superficial and structure velocities), pressure, temperature, heat transfer coefficient and unit cell geometry (region lengths and phase fractions). The model was also used to analyze the influence of the pipe inlet conditions (mixture superficial velocity, liquid loading, pressure, use of chemical inhibitors) and of the pipeline geometry (internal diameter, wall width, wall thermal conductivity) in delaying hydrate formation. Finally, the influence of hydrate deposits on the slug flow behavior (pressure, temperature, velocities, unit cell geometry) is analyzed.

Tratando-se de construções leves, para as condições climáticas de Curitiba, é recomendável o uso de materiais de cobertura que minimizem a transferência de calor no verão, porém evitando perdas de calor no inverno. A utilização de materiais isolantes como barreiras radiantes, formadas, por exemplo, por folhas de alumínio justapostas, pode trazer vantagens térmicas nessas duas situações. Uma opção de baixo custo para exercer a função de uma barreira radiante baseia-se no uso de embalagens Tetra Pak® , as quais têm uma de suas faces aluminizada. A pesquisa teve por objetivo avaliar o desempenho térmico das seguintes mantas isolantes: placas de 50 mm de Isopor® , foil dupla face e mantas Tetra Pak® em coberturas de guaritas de fibra de vidro, em condições reais de exposição aos elementos do clima e nos períodos de transição outono-inverno e primavera-verão. Os procedimentos metodológicos no período de transição outono-inverno compreenderam a comparação das temperaturas do ar e superficiais da cobertura. No período de transição primavera-verão, realizou-se a comparação das temperaturas do ar, superficiais da cobertura e das paredes face leste e face sul e da medição do fluxo de calor, para cálculo da resistência térmica. A utilização das mantas Tetra Pak® com a face aluminizada voltada para a cobertura ou com revestimento em dupla face (duas mantas Tetra Pak® coladas - ambas as faces aluminizadas expostas) apresentaram uma redução na temperatura superficial máxima de 9,8°C e 9,3°C, respectivamente e um aumento na temperatura superficial mínima de 2,7°C e 2,0°C, respectivamente. Para o período de transição primavera-verão os resultados para as mantas Tetra Pak® mostraram-se superiores aos das placas de Isopor® e do foil dupla face. / In light-weight buildings under the climatic conditions of Curitiba, it is recommended the use of roofing materials that minimize heat gains in summer while avoiding heat losses in winter. The use of insulating materials such as radiant barriers, formed, for example, by juxtaposed aluminum sheets, can bring thermal advantages in such situations. A low-cost option to perform the function of a radiant barrier is based on the use of open Tetra Pak® packages, which have one of their aluminized sides exposed. The aim of the study was to evaluate the thermal performance of the following insulation sheets: 50mm Styropor® , double-sided foil and Tetra Pak® sheets for fiberglass enclosures, in conditions of natural exposure to weather elements and in transitional periods in fall-winter and spring-summer. The methodological procedures in the autumn-winter transitional period comprised the comparison of air and surface temperatures of the roof elements. In spring-summer, air and surface temperatures of roof and walls (east- and south-facing) were compared and the measurement of the heat flow, to calculate the thermal resistance. The use of Tetra Pak® sheets with an upward-facing aluminized side or with double-sided coating (two glued, open Tetra Pak® packages - aluminized faces exposed) showed a reduction in the maximum surface temperature of 9.8°C and 9.3°C, respectively, and an increase in the minimum surface temperature of 2.7°C and 2.0°C, respectively. For the spring-summer transitional period, results for Tetra Pak® sheets were superior to those of Styropor® and double-sided foils.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Um dos processos de usinagem com maior emprego na indústria é o fresamento. O estudo da área térmica no fresamento é um desafio, por ser um processo em que o corte ocorre numa região bem específica de difícil acesso para sua correta mensuração. Uma das soluções para análise da temperatura no processo de usinagem é a utilização de modelos térmicos resolvidos por métodos matemáticos que trazem boas estimativas. Atualmente, além dos softwares desenvolvidos no ambiente acadêmico, existem também ferramentas computacionais disponíveis no mercado. Entretanto, os softwares comerciais apresentam código de programação fechado o que dificulta estudos mais específicos para casos particulares. Por meio de busca em vários autores, tanto em trabalhos no contexto de torneamento quanto para fresamento, notou-se que a utilização do método de resolução inversa por Gauss-Newton para estimativas de fluxo de calor ainda é muito restrita. Nos trabalhos de Braghini Junior (2002) e do próprio autor em Barrios (2013) este método foi implementado, porém a metodologia foi para estimativas apenas do fluxo de calor médio, desprezando a variação do fluxo de calor em função do deslocamento da ferramenta pelo tempo. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma nova metodologia para realizar estimativas de fluxo de calor na peça em operações de usinagem por fresamento considerando os efeitos do deslocamento da ferramenta em função do tempo utilizando o método de Gauss-Newton. Para isso foi necessário desenvolver um Simulador Térmico de Usinagem por Fresamento (STUF), analisar os efeitos das variáveis adotadas no simulador e por fim realizar estimativas de fluxo de calor por meio dos dados de temperatura experimental de usinagem. Foram criadas duas interfaces para o STUF, sendo uma interface para as estimativas de fluxo de calor e uma interface para as estimativas de temperatura na peça. Para este fim, o Matlab® foi utilizado como ambiente computacional e como linguagem de programação para as simulações. Os efeitos das variáveis no simulador como o coeficiente convectivo (h), refino de malha, passo do tempo (Δt), geometria da peça, temperatura experimental e análise de erro foram analisados. Foi possível realizar estimativas de fluxo de calor e temperatura na peça por meio do estudo de caso 1, utilizando os dados experimentais de Braghini (2002), estudo de caso 2, por meio dos dados experimentais de Barrios (2013), e estudo de caso 3, por meio dos dados experimentais proposto por este trabalho. Essa nova metodologia empregada por meio do STUF permitiu a identificação do fluxo de calor máximo na peça, possibilitou a geração de resultados de temperaturas estimadas com bons ajustes com as temperaturas experimentais com R² médio de 0,85 para estudo de caso 1 e R² de 0,95 para estudo de caso 2. O estudo de caso 3 apresentou muitos ruídos, porém foram possíveis as estimativas. / One of the most widely used machining processes in the industry is milling. The study of the thermal area in the milling is a challenge, because it is a process in which the cutting occurs in a very specific region of difficult access for its correct measurement. One of the solutions for the analysis of the temperature in the machining process is the use of thermal models solved by mathematical methods that bring good estimates. Currently, besides the software developed in the academic environment, there are also computational tools available in the market. However, commercial software presents closed programming code which makes it difficult to study more specifically for particular cases. Through the search of several authors, both in work in the context of turning and in milling, it was noticed that the use of the inverse resolution method by Gauss-Newton for estimates of heat flow is still very restricted. In the works by Braghini Junior (2002) and by the author himself in Barrios (2013) this method was implemented, but the methodology was only for estimates of the average heat flux, neglecting the variation of the heat flow as a function of the time displacement of the tool . The objective of this work is to develop a new methodology for estimating the heat flux in the part in milling operations considering the effects of tool displacement as a function of time using the GaussNewton method. For this, it was necessary to develop a Thermal Simulator for Machining by Milling (STUF), to analyze the effects of the variables adopted in the simulator and finally to make estimates of heat flux through the experimental temperature data of machining. Two interfaces were created for the STUF, being an interface for the estimations of heat flow and an interface for the temperature estimates in the part. For this purpose, Matlab® was used as a computational environment and as a programming language for simulations. The effects of the variables in the simulator, such as the convective coefficient (h), mesh refining, time step (Δt), part geometry, experimental temperature and error analysis were analyzed. It was possible to estimate heat flux and temperature in the piece by means of the case study 1, using the Braghini (2002) experimental data, case study 2, through the experimental data of Barrios (2013), and case study 3, through the experimental data proposed by this work. This new methodology used by the STUF allowed the identification of the maximum heat flux in the part, allowed the generation of estimated temperature results with good adjustments with the experimental temperatures with mean R² of 0.85 for case study 1 and R² of 0,95 for case study 2. Case study 3 presented many noises, but estimates were possible.

Tratando-se de construções leves, para as condições climáticas de Curitiba, é recomendável o uso de materiais de cobertura que minimizem a transferência de calor no verão, porém evitando perdas de calor no inverno. A utilização de materiais isolantes como barreiras radiantes, formadas, por exemplo, por folhas de alumínio justapostas, pode trazer vantagens térmicas nessas duas situações. Uma opção de baixo custo para exercer a função de uma barreira radiante baseia-se no uso de embalagens Tetra Pak® , as quais têm uma de suas faces aluminizada. A pesquisa teve por objetivo avaliar o desempenho térmico das seguintes mantas isolantes: placas de 50 mm de Isopor® , foil dupla face e mantas Tetra Pak® em coberturas de guaritas de fibra de vidro, em condições reais de exposição aos elementos do clima e nos períodos de transição outono-inverno e primavera-verão. Os procedimentos metodológicos no período de transição outono-inverno compreenderam a comparação das temperaturas do ar e superficiais da cobertura. No período de transição primavera-verão, realizou-se a comparação das temperaturas do ar, superficiais da cobertura e das paredes face leste e face sul e da medição do fluxo de calor, para cálculo da resistência térmica. A utilização das mantas Tetra Pak® com a face aluminizada voltada para a cobertura ou com revestimento em dupla face (duas mantas Tetra Pak® coladas - ambas as faces aluminizadas expostas) apresentaram uma redução na temperatura superficial máxima de 9,8°C e 9,3°C, respectivamente e um aumento na temperatura superficial mínima de 2,7°C e 2,0°C, respectivamente. Para o período de transição primavera-verão os resultados para as mantas Tetra Pak® mostraram-se superiores aos das placas de Isopor® e do foil dupla face. / In light-weight buildings under the climatic conditions of Curitiba, it is recommended the use of roofing materials that minimize heat gains in summer while avoiding heat losses in winter. The use of insulating materials such as radiant barriers, formed, for example, by juxtaposed aluminum sheets, can bring thermal advantages in such situations. A low-cost option to perform the function of a radiant barrier is based on the use of open Tetra Pak® packages, which have one of their aluminized sides exposed. The aim of the study was to evaluate the thermal performance of the following insulation sheets: 50mm Styropor® , double-sided foil and Tetra Pak® sheets for fiberglass enclosures, in conditions of natural exposure to weather elements and in transitional periods in fall-winter and spring-summer. The methodological procedures in the autumn-winter transitional period comprised the comparison of air and surface temperatures of the roof elements. In spring-summer, air and surface temperatures of roof and walls (east- and south-facing) were compared and the measurement of the heat flow, to calculate the thermal resistance. The use of Tetra Pak® sheets with an upward-facing aluminized side or with double-sided coating (two glued, open Tetra Pak® packages - aluminized faces exposed) showed a reduction in the maximum surface temperature of 9.8°C and 9.3°C, respectively, and an increase in the minimum surface temperature of 2.7°C and 2.0°C, respectively. For the spring-summer transitional period, results for Tetra Pak® sheets were superior to those of Styropor® and double-sided foils.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The modelling of heat and mass transfer between the air and soybean seeds in moving bed dryers is based on the application of mass and energy balances equations for both solid and fluid phases (two phases model). In the development of these equations, some classic hypotheses are assumed, such as flat air velocity profiles and constant physico-chemical parameter along the bed, among others. The main goal of this thesis was to discuss the validity of these assumptions in concurrent moving bed dryer modelling. For so much, several equations of bed porosity and air velocity distribution were considered and compared with experimental data. This study verified that non-flat fluid velocity profiles are significant in beds with reason dT /dp = 13, 3. The equation that best represented the experimental data was the Fahien e Stankovich (1979) equation. This equations was incorporated to the two phases model. Through comparisons between the experimental data and the simulated responses it was possible to verify the significant influence of the air velocity distribution in the drying process. The influences of some physico-chemical parameters of the model were also analyzed through sensitivity studies using experiment design and derivative methods using the code DASPK 3.0. The model presented large absolute sensitivity to the perturbations of the parameter specific heat of the dry air (Cpf ). This means then that small variations in the value of this parameter have strong influence in the results obtained by the model. / A modelagem da transferência de calor e massa entre o ar e sementes de soja em secadores de leito deslizante é baseada na aplicação das equações de balanço de massa e energia para as fases sólida e fluida (modelo a duas fases). No desenvolvimento destas equações, algumas hipóteses clássicas são assumidas, tais como perfil plano de velocidade do ar e parâmetros físico-químicos constantes ao longo do leito, dentre outras. O principal objetivo desta dissertação foi discutir a validade destas considerações no modelo do secador de leito deslizante com escoamentos concorrentes. Para tanto, diversas equações de distribuição de porosidade do leito e de velocidade do fluido foram consideradas e comparadas com dados experimentais. Este estudo verificou que perfis não planos de velocidade do ar são significativos em leitos com razão dT /dp = 13, 3. A equação que melhor representou os dados experimentais foi a equação de Fahien e Stankovich (1979), sendo a mesma incorporada ao modelo a duas fases. Através de comparações entre dados experimentais e respostas simuladas foi possível verificar a influência significativa da distribuição da velocidade do ar no modelo de secagem. As influências de alguns parâmetros físico-químicos do modelo também foram analisadas através de estudos de sensibilidade por planejamento de experimento e pelo método das derivadas usando o código DASPK 3.0. O modelo apresentou maior sensibilidade absoluta à perturbação do parâmetro calor específico do ar seco (Cpf ). Isto significa então que pequenas variações no valor deste parâmetro têm forte influência nos resultados obtidos pelo modelo. / Mestre em Engenharia Química

CAPES / Vários estudos numéricos investigaram cavidades fechadas sob o efeito da convecção natural preenchidas com fluidos newtonianos generalizados (FNG) nos últimos anos pelas aplicações diretas em trocadores de calor compactos, no resfriamento de sistemas eletrônicos e na engenharia de polímeros. Neste trabalho é realizada a investigação numérica do processo de convecção natural de fluidos de lei de Potência e de Bingham em cavidades fechadas, aquecidas lateralmente e preenchidas com meios heterogêneos e bloco centrado. O meio heterogêneo é constituído de blocos sólidos, quadrados, desconectados e condutores de calor. Como parâmetros são utilizados a faixa de Rayleigh de 104 à 107, índice de potência n de 0, 6 à 1, 6, número de Bingham de 0, 5 até Bimax , sendo investigado da influência do número de Prandtl para cada modelo de fluido. Nas cavidades com meio heterogêneo são utilizadas as quantidades de blocos de 9, 16, 36 e 64, mantendo-se a razão entre a condutividade térmica do sólido e do fluido κ = 1. Para as cavidades com bloco centrado, são utilizados os tamanhos adimensionais de 0, 1 à 0, 9 com κ = 0, 1; 1 e 10. A modelagem matemática é realizada pelas equações de balanço de massa, de quantidade de movimento e de energia. As simulações são conduzidas no programa comercial ANSYS FLUENT R . Inicialmente são resolvidos problemas com fluidos newtonianos em cavidade limpa, seguida de cavidade preenchida com meio heterogêneo e posteriormente bloco centrado para validação da metodologia de solução. Na segunda etapa é realizada o estudo com os modelos de fluidos de lei de Potência e de Bingham seguindo a mesma sequência. Os resultados são apresentados na forma de linhas de corrente, isotermas e pelo número de Nusselt médio na parede quente. De maneira geral, a transferência de calor na cavidade é regida pelo número de Rayleigh, tamanho e condutividade térmica dos blocos, pelo índice de potência para o modelo de lei de Potência e do número de Bingham para o modelo de Bingham. O número de Prandtl tem grande influência nos dois modelos de fluidos. O meio heterogêneo reduz a transferência de calor na cavidade quando interfere na camada limite térmica para ambos os fluidos, sendo feita uma previsão analítica para o fluido de lei de Potência. Para bloco centrado, a interferência na camada limite com fluido de lei de Potência também foi prevista analiticamente. A transferência de calor aumentou com bloco de baixa condutividade térmica e pouca interferência e com bloco de alta condutividade térmica e grande interferência, para ambos os fluidos. / Many studies have been carried out in square enclosures with generalized Newtonian fluids with natural convection in past few years for directly applications in compact heat exchangers, cooling of electronics systems and polymeric engineering. The natural convection in square enclosures with differently heated sidewalls, filled with power-law and Bingham fluids in addition with heterogeneous medium and centered block are analyzed in this study. The heterogeneous medium are solid, square, disconnected and conducting blocks. The parameters used are the Rayleigh number in the range 104 - 107 , power index n range of 0, 6 - 1, 6, Bingham number range of 0, 5 - Bimax , being the influence of Prandtl number investigated for each fluid model. The number of blocks for heterogeneous medium are 9, 16, 36 and 64, keeping constant solid to fluid conductive ratio, κ = 1. For enclosures with centered block are used the nondimensional block size from 0, 1 to 0, 9, with solid to fluid conductive ratio in range κ = 0, 1; 1 and 10. Mathematical modeling is done by mass, momentum and energy balance equations. The solution of equations have been numerically solved in ANSYS FLUENT R software. Firstly, numerical solutions for validation with Newtonian fluids in clean enclosures are conducted, followed by enclosures with heterogeneous medium and centered block. Subsequently, numerical solutions of power-law and Bingham fluids with same enclosures configurations are conducted. The results are reported in the form of streamlines, isotherms and average Nusselt number at hot wall. In general, the heat transfer process in enclosure is governed by Rayleigh number, size and thermal conductivity of the blocks, power index n for power-law fluid and Bingham number for Bingham fluid. Both fluid models are very sensitive with Prandtl number changes. Heterogeneous medium decrease heat transfer in enclosure when affects thermal boundary layer for both fluid models. One analytical prediction was made for power-law fluid. An increase in heat transfer occurs with low thermal conductivity block and few interference and with high thermal conductivity block and great interference, for both fluids.