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

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

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

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

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

Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo teórico e experimental da ebulição em piscina utilizando diferentes nanofluidos como fluido de trabalho e em condições saturadas. Inicialmente, uma revisão bibliográfica foi realizada a fim de abranger o estado da arte do presente tema. Um aparato experimental foi construído para o estudo da influência das características da superfície e dos nanofluidos sobre o coeficiente de transferência de calor. Os ensaios de ebulição em piscina foram realizados utilizando água deionizada, para validação do aparato experimental e comparação, e os nanofluidos de Al2O3-Água e Fe2O3-Água (à pressão atmosférica local e à temperatura de saturação) nas concentrações mássicas de 0,029 g/l (baixa concentração) e 0,29 g/l (alta concentração). Foram utilizadas duas diferentes superfícies de aquecimento, uma lisa e outra rugosa, ambas de cobre. Aspectos relacionados a efeitos de interação superfície-nanofluido, tal como o efeito da deposição de nanopartículas na superfície de aquecimento durante a ebulição, foram estudados por meio da análise de dados experimentais e da caracterização das superfícies antes e depois do processo de ebulição. O coeficiente de transferência de calor aumentou para os ensaios utilizando nanofluidos de baixa concentração sobre superfícies lisas. Para superfícies rugosas, os nanofluidos de baixa concentração apresentaram um aumento na transferência de calor para fluxos de até 300 kW/m². Os nanofluidos de alta concentração apresentaram ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Orientador: Paulo César Razuk / Banca: Geraldo Luiz Palma / Banca: Celso Fernandes Joaquim Júnior / Resumo: Este estudo tem como objetivo utilizar expressões disponíveis na literatura para analisar a influência das diferentes geometrias dos tanques no coeficiente global de troca de calor. Optou-se por estudar o aquecimento do xarope de açúcar cristal por tratar-se de um produto largamente aplicado na fabricação de doces, alimentos e bebidas carbonatadas. Pesquisou-se na literatura as propriedades termodinâmicas e as características físicas do vapor d'água, da água e do xarope de açúcar, aplicados nos cálculos dos coeficientes de película e no balanço de energia do sistema térmico. Os estudos e simulações feitas com utilização do programa Geopack, para os tanques com relação T/H de 0,8 1,0 e 1,2 e impelidores com relação d/T de 02, 0,4 e 0,7, estabeleceram as faixas de valores para a rotação dos impelidores, velocidade média do produto, a capacidade de deslocamento volumétrico e a potência requerida, mantendo-se constante o número de impelidores e o nível de agitação. Aplicou-se a teoria clássica da transmissão de calor, os fundamentos da teoria da agitação, as considerações mecânicas e as equações apropriadas para o dimensionamento do tanque. Os resultados mostraram que os tanques mais esbeltos, com impelidor descentralizado, apresentam melhor aproveitamento. Concluiu-se que, na definição geométrica de um reator, a relação entre o diâmetro e a altura T/H deve ser menor que 1,0. Por sua vez, em decorrência da potência consumida, o impelidor com diâmetro igual a 0,4 do diâmetro do tanque, mostrou-se mais adequado. O emprego de pressões maiores para o vapor saturado reduz o tempo de processamento, embora possa implicar no aumento da espessura da chaparia e no consumo de combustível na caldeira / Abstract: This study have how objective to analyze expressions available in the literature for the calculation of the global coefficient of exchange of heat in tanks with different model geometric. It was opted to study the heating of the syrup of crystal sugar because of treating a product widely applied in the manufacture sweets, foods and carbonated drunks. Were investigated in the literature the properties thermodynamics and the physical characteristics of the steam of water, of the water and of the syrup of sugar, applieds in the calculations of the coefficients of film and in the swinging of energy of the thermal system. The studies and simulations done with the use of the program Geopack, for the tanks with the T/H *0,8, 1,0 and 1,2) and impellers with ratio d/T (0,2 0,4 and 0,7), established the range valves for the rotation of the impellers, average speed of the product, the capacity of volumetric dislocation and the applied power, when the number is remaining constant of impellers and the level of agitation. It was applied the classic theory of the transmission of heat, the foundations of the theory of agitation, the mechanical considerations and the appropriate equations for calculating the size of the tank. The results showed that the most slender tanks, impeller with decentralized, present better use. It was concluded that, in the geometrical definition of a reactor, the relation between the diameter and height of the back must be smaller than to 1,0. For its time, as a result of the consumed power, the impeller with equal diameter to 0,4 of the diameter of the tank, appeared more appropriate. The employment of the bigger pressures for the full steam reduces the time of processing, though it could tease in the increase of plate thickness and in the consumption of fuel in the boiler / Mestre

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

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

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