Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2016-10-06T18:36:32Z No. of bitstreams: 1 DissCMC.pdf: 3606303 bytes, checksum: 03bf7fccc7e73860758575867e0742ed (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-14T14:17:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissCMC.pdf: 3606303 bytes, checksum: 03bf7fccc7e73860758575867e0742ed (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-14T14:17:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissCMC.pdf: 3606303 bytes, checksum: 03bf7fccc7e73860758575867e0742ed (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-14T14:17:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissCMC.pdf: 3606303 bytes, checksum: 03bf7fccc7e73860758575867e0742ed (MD5) Previous issue date: 2016-04-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The fabrics are derived from fibers, which are divided into to main groups: natural (like cotton) and chemical (such as rayon and polyester). In the processing of the fabric, drying is a major operation, contributing to the finishing and obtaining a fabric with greater brightness and also better touch. However, each tissue has a different structure and different composition which can influence its absorption capacity and retention of water. The aim of this study is to analyze the drying of 3 types of fabrics (polyester, toweling and jeans), and evaluate how the material characteristics and operating conditions influence the process. Experimental tests were conducted in oven with natural convection, with natural convection, at temperatures of 50, 60 and 70 ° C and also in a tunnel dryer with forced convection under the conditions of 1.0 and 2.0 m / s at the temperatures of 50, 60 and 70 ° C. Besides that, the adjustments of generalized curves of drying were evaluated, there are empirical equations of kinetics. In the evaluation of water absorption in saturated atmosphere at 40 to 60 ° C, it was observed that the polyester is the fabric that absorbs less water while the jeans had greater absorption capacity. It was also found that absorption increases with increasing temperature for all three fabrics. By analyzing the influence of operating conditions on the drying fabrics, the air speed was the variable that most influenced the moisture reduction, indicating that surface resistance was the limiting mechanism in drying. Page model (1949), was the most appropriate to represent the generalized kinetic curves for the fabrics evaluated.The comparative analysis of the fabrics showed that, although significant differences in the type of fiber and fabric structure, these characteristics do not influence the drying of the material, indicating that the drying of materials with high surface area, the process is controlled by the conditions flow. / Os tecidos são originados a partir de fibras têxteis, a quais são divididas em grandes grupos: naturais (como o algodão) e químicas (como o rayon e o poliéster ). No beneficiamento dos tecidos, a secagem é uma operação primordial, que contribui para o acabamento final e obtenção de um tecido com maior brilho e também melhor toque. Porém cada tipo de tecido possui características de estrutura e composição diferentes, o que pode influenciar sua capacidade de absorção e retenção de água. O objetivo deste trabalho foi analisar a secagem de tipos de tecidos (poliéster, atoalhado e jeans), e avaliar como as características dos materiais e as condições operacionais influenciam no processo. Os ensaios experimentais foram conduzidos em estufa com convecção natural, nas temperaturas de 50, 60 e 70 °C e também em secador de túnel com convecção forçada, nas condições de 1,0 e 2,0 m/s e temperaturas de 50, 60 e 70 °C. Além disso, foram avaliados os ajustes das curvas generalizadas de secagem, à equações empíricas de cinética. Na avaliação da absorção de água em atmosfera saturada a 40 e 60 oC, observou-se que o poliéster é o tecido que menos absorve água, enquanto o jeans apresentou maior capacidade de absorção. Constatou-se também que a absorção aumenta com o aumento da temperatura, para os três tipos de tecidos. Ao analisar a influência das condições operacionais na secagem dos tecidos, a velocidade do ar foi a variável que apresentou maior influência na redução de umidade, indicando que resistência superficial foi o mecanismo limitante na secagem. O modelo de Page (1949), foi o mais apropriado para representar as curvas de cinéticas generalizadas para os tecidos avaliados. A análise comparativa entre os tecidos mostrou que, apesar das diferenças significativas no tipo de fibra e estrutura do tecido, estas características não influenciaram a secagem do material, indicando que, na secagem de materiais com elevada área superficial, o processo é controlado pelas condições de escoamento.

Made available in DSpace on 2018-08-24T22:53:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_7763_Dissertação_Maria_de_Fatima.pdf: 1672545 bytes, checksum: ad52fad1b5712568e84d2b75f106efbf (MD5) Previous issue date: 2014-03-21 / O presente trabalho apresentou simulações para a dispersão de poluentes na Camada Limite Convectiva (CLC) com uma solução semi-analítica tridimensional estacionária, obtida através da resolução da equação de difusão-advecção. A equação foi resolvida combinando as técnicas ADMM (Advection Diffusion Multilayer Method), baseada na discretização da CLC em subcamadas, onde em cada subcamada a equação de difusão-advecção é resolvida pela técnica da Transformada de Laplace e, GITT (Generalized Integral TransformTechnique), um método híbrido que resolve uma ampla classe de problemas diretos e inversos. A nova técnica é então denominada GIADMT (Generalized Integral Advection Diffusion Multilayer Technique). O objetivo foi comparar e analisar alguns coeficientes de difusão vertical, e verificar sua aplicabilidade na equação de concentração tridimensional obtida pelo método GIADMT. Foi apresentada a comparação entres coeficientes de difusão vertical (Kz) adequados à atmosfera em condições instáveis. Os resultados obtidos foram confrontados com os dados experimentais de Copenhagen (Gryning e Lick, 1984; Gryning et al., 1987; Gryning e Lick, 2002), a fim de verificar o desempenho do modelo perante as diferentes parametrizações da turbulência atmosférica. As comparações apontaram melhores resultados ao empregar a parametrização sugerida por Degrazia et al. (2001) [A].

Este trabalho trata do estudo teórico do ebulição convectiva de nanofluidos em canais de diâmetro reduzido (denominados de microcanais). Ele aborda, primeiramente, uma análise da literatura sobre a ebulição convectiva de fluidos convencionais em microcanais, na qual são discutidos critérios para a transição entre macro e microcanais e os padrões de escoamentos observados em canais de reduzido diâmetro. Métodos para a previsão das propriedades de transporte de nanofluidos foram levantados da literatura e estudos experimentais da convecção forçada, da ebulição nucleada e da ebulição convectiva de nanofluidos foram discutidos. Um método para a previsão do coeficiente de transferência de calor de nanofluidos em microcanais durante a ebulição convectiva foi proposto baseado em modelos convencionais da literatura ajustados para nanofluidos. O ajuste dos modelos convencionais foi realizado através de análise regressiva de dados experimentais para ebulição nucleada e convecção forçada de nanofluidos levantados da literatura, e da análise crítica de adimensionais que capturassem a influência das nanopartículas no processo de transferência de calor. De maneira geral o método proposto neste estudo apresenta concordância razoável com dados experimentais independentes, referente ao acréscimo do coeficiente de transferência de calor com o incremento da concentração volumétrica de nanopartículas. No entanto, a escassez de estudos experimentais sobre a ebulição convectiva de nanofluidos, especialmente em microcanais, impossibilitou uma análise mais aprofundada do método proposto. / The present work aims the theoretical study of convective boiling of nanofluids in small diameter channels (called microchannel). It discusses an analysis of the literature on convective boiling of conventional fluids in microchannels which presents criteria for the transition between conventional and microchannels and the flow patterns observed in small diameter channels. Methods for predicting the transport properties of nanofluids were compiled from the literature and experimental studies of forced convection, nucleate boiling and convective boiling of nanofluids were discussed. A method for predicting the heat transfer coefficient of nanofluids in microchannels during convective boiling was proposed based on conventional models from literature adjusted to nanofluids. The conventional models fitting was performed by regression analysis of experimental data for nucleate boiling and forced convection of nanofluids compiled from the literature and by critical analysis of dimensionless numbers which enable to capture the influence of nanoparticles on heat transfer process. In general the proposed method in this work presents reasonable agreement with independent experimental data regarding the increase in heat transfer coefficient with increasing nanoparticles volume fraction. However the scarcity of experimental studies on the convective boiling of nanofluids, especially in microchannels, precluded further analysis of the proposed method.

SOUSA, A. D. Efeito do método de extração e da secagem sobre o conteúdo fenólico e a composição química de quebra-pedra (Phyllanthus amarus e Phyllanthus niruri). 2017. 119 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-06-12T17:23:28Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_adsousa.pdf: 4444823 bytes, checksum: 3b1d03de5b9069f3ba63ebf676a66cbc (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-06-12T17:40:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_adsousa.pdf: 4444823 bytes, checksum: 3b1d03de5b9069f3ba63ebf676a66cbc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-12T17:40:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_adsousa.pdf: 4444823 bytes, checksum: 3b1d03de5b9069f3ba63ebf676a66cbc (MD5) Previous issue date: 2017-02-22 / Effect of the extraction method and drying on the phenolic content and chemical composition of stone breaker (Phyllanthus amarus and Phyllanthus niruri) Resumo The genus Phyllanthus, popularly known as quebra-pedra in Brazil, is composed of plants rich in bioactive compounds, mainly phenolics. Drying of raw material and the extraction process are essential to achieve those compounds. Nowadays, "green" extraction techniques are required to reduce the environmental impacts. Among these techniques, ultrasound-assisted extraction (UAE) and pressurized liquid extraction (PLE) stand out. In this study, aqueous extraction from aerial parts of P. amarus and P. niruri was performed using UAE, PLE and conventional extraction. It was evaluated the effect of time, ultrasonic intensity, and liquid/solid (L/S) ratio in UAE and of time and temperature in PLE on total phenolics and gallic acid extraction. The chemical composition of the extracts was determined by UPLC-QTOF-MS/MS in conjunction with chemometric techniques (PCA and OPLS-DA). Also plants drying parameters were investigated. Aerial parts of the two species were dried in a circulating air-drying oven and drying kinetics data were obtained. The effect of air-drying temperature (50, 60 and 70°C) on phenolic content and on chemical composition was also studied. The highest total phenolics content was observed in the extracts obtained by PLE at 192°C/15 min for the two species, but this high temperature led to degradation of some compounds. The extracts obtained by the PLE at 120°C presented a high phenolic content without chemical degradation. The other extraction techniques produced a lower yield of phenolic compounds and higher solvent consumption. Therefore, PLE at a temperature of 120°C and pressure of 110 bar proved to be a suitable method to extract phenolics, including the compounds with medicinal relevance. The chemical composition of the extracts had mainly hydrolysable tannins and flavonoids. With regard to drying, the increase in air-drying temperature reduced the drying time and increased the effective moisture diffusivity. The best evaluated temperature to obtain a higher phenolic content for both species was 60°C. The results indicate the importance of the drying temperature control to maintain the quality of the raw material and the extraction process in obtaining the compounds of interest. / O gênero Phyllanthus, conhecido popularmente no Brasil como quebra-pedra, é composto de plantas ricas em compostos bioativos, principalmente fenólicos. Na obtenção desses compostos de interesse, a secagem da matéria-prima e o processo de extração são fundamentais. Atualmente, tem se buscado a utilização de técnicas de extração “verde” que reduzam o impacto ao meio ambiente. Dentre estas técnicas destacam-se a extração assistida por ultrassom (EAU) e a extração com líquido pressurizado (ELP). Neste estudo, a extração aquosa das partes aéreas de P. amarus e P. niruri foi realizada por EAU, ELP e extração convencional. Foi avaliado o efeito do tempo, intensidade ultrassônica e razão líquido/sólido na EAU e do tempo e temperatura na ELP na extração de fenólicos totais e ácido gálico. A composição química dos extratos foi determinada por UPLC-QTOF-MS/MS em conjunto com técnicas quimiométricas (PCA e OPLS-DA). Também foram investigados parâmetros de secagem das plantas. Partes aéreas das duas espécies foram secas em estufa de circulação de ar e dados de cinética de secagem foram obtidos. O efeito da temperatura do ar de secagem (50, 60 e 70°C) sobre o conteúdo fenólico e a composição química também foi estudado. O maior conteúdo de fenólicos totais foi observado nos extratos obtidos por ELP em 192°C/15 min para as duas espécies, mas esta temperatura elevada levou à degradação de alguns compostos. Os extratos obtidos por ELP na temperatura de 120°C apresentaram um alto conteúdo fenólico e sem degradação química. As outras técnicas de extração promoveram menor rendimento de compostos fenólicos e maior consumo de solvente. Portanto, a ELP na temperatura de 120°C e pressão de 110 bar mostrou-se um método adequado para extrair compostos fenólicos, incluindo os compostos com importância medicinal. A composição química dos extratos apresentou principalmente taninos hidrolisáveis e flavonóides. Com relação à secagem, o aumento da temperatura do ar de secagem reduziu o tempo de secagem e aumentou a difusividade efetiva de umidade. A melhor temperatura testada para se obter um maior conteúdo fenólico para ambas as espécies foi de 60°C. Os resultados indicam a importância do controle da temperatura de secagem para manter a qualidade da matéria-prima e do processo de extração na obtenção dos compostos de interesse.

O desenvolvimento de um modelo espectral para o decaimento da Camada Limite Convectiva é apresentado neste trabalho. A equação dinâmica para a densidade espectral de energia cinética é determinada a partir das equações de Navier-Stokes, nas quais o termo de produção de energia por efeito mecânico não será considerado. O termo de transferência inercial de energia é parametrizado a partir de um modelo sugerido por Pao. Para calcular o espectro inicial tridimensional da Camada Limite Convectiva foi usado uma formulação proposta por Kristensen, a qual permite calcular o espectro 3-D de um fluxo turbulento homogêneo mas não isotrópico conhecendo-se as suas componentes unidimensionais. Para calcular as componentes unidimencionais do espectro e do coeficiente de difusão durante o decaimento foi empregado um método matemático que considera uma função peso. Esta função peso informa como cada componente unidimensional participa na formação da função densidade espectral de energia. Finalmente, a componente vertical do coeficiante de difusão calculada a partir do modelo teórico foi comparada com dados de LES ( large eddy simulation) durante o decaimento da Camada Limite Convectiva. / The development of a spectral model for a decaying Convective Boundary Layer is considered in this work. The dynamical equation for the energy density spectrum function is obtained from r· avier-Stokes equation, in which shear and buoyancy terms were disregarded and turbulence was assumed to be homogeneous and non isotropic. The inertial energy transfer term is parametrized using a model suggested by Pao. To calculate this initial 3-D spectrum the mathematical formulation proposed by Kristensen was used, which allo,ved us to determine the 3-D spectrum of the homogeneous and non isotropic turbulent flow from a known one-dimensional (1-D) spectrum. To calculate the decaying one-dimensional spectrum and eddy diffusivity, a mathematical method using a weight function was utilized. This weight function gives information about how this one-dimensional component take part in the formation of the 3-D equation for the spectral density. Finally, the decaying vertical eddy diffusivity derived from the present theoretical model has been compareci with the generated from LES (large eddy simulation) data for a decaying Convective Boundary Layer.

O desenvolvimento de um modelo espectral para o decaimento da Camada Limite Convectiva é apresentado neste trabalho. A equação dinâmica para a densidade espectral de energia cinética é determinada a partir das equações de Navier-Stokes, nas quais o termo de produção de energia por efeito mecânico não será considerado. O termo de transferência inercial de energia é parametrizado a partir de um modelo sugerido por Pao. Para calcular o espectro inicial tridimensional da Camada Limite Convectiva foi usado uma formulação proposta por Kristensen, a qual permite calcular o espectro 3-D de um fluxo turbulento homogêneo mas não isotrópico conhecendo-se as suas componentes unidimensionais. Para calcular as componentes unidimencionais do espectro e do coeficiente de difusão durante o decaimento foi empregado um método matemático que considera uma função peso. Esta função peso informa como cada componente unidimensional participa na formação da função densidade espectral de energia. Finalmente, a componente vertical do coeficiante de difusão calculada a partir do modelo teórico foi comparada com dados de LES ( large eddy simulation) durante o decaimento da Camada Limite Convectiva. / The development of a spectral model for a decaying Convective Boundary Layer is considered in this work. The dynamical equation for the energy density spectrum function is obtained from r· avier-Stokes equation, in which shear and buoyancy terms were disregarded and turbulence was assumed to be homogeneous and non isotropic. The inertial energy transfer term is parametrized using a model suggested by Pao. To calculate this initial 3-D spectrum the mathematical formulation proposed by Kristensen was used, which allo,ved us to determine the 3-D spectrum of the homogeneous and non isotropic turbulent flow from a known one-dimensional (1-D) spectrum. To calculate the decaying one-dimensional spectrum and eddy diffusivity, a mathematical method using a weight function was utilized. This weight function gives information about how this one-dimensional component take part in the formation of the 3-D equation for the spectral density. Finally, the decaying vertical eddy diffusivity derived from the present theoretical model has been compareci with the generated from LES (large eddy simulation) data for a decaying Convective Boundary Layer.

O desenvolvimento de um modelo espectral para o decaimento da Camada Limite Convectiva é apresentado neste trabalho. A equação dinâmica para a densidade espectral de energia cinética é determinada a partir das equações de Navier-Stokes, nas quais o termo de produção de energia por efeito mecânico não será considerado. O termo de transferência inercial de energia é parametrizado a partir de um modelo sugerido por Pao. Para calcular o espectro inicial tridimensional da Camada Limite Convectiva foi usado uma formulação proposta por Kristensen, a qual permite calcular o espectro 3-D de um fluxo turbulento homogêneo mas não isotrópico conhecendo-se as suas componentes unidimensionais. Para calcular as componentes unidimencionais do espectro e do coeficiente de difusão durante o decaimento foi empregado um método matemático que considera uma função peso. Esta função peso informa como cada componente unidimensional participa na formação da função densidade espectral de energia. Finalmente, a componente vertical do coeficiante de difusão calculada a partir do modelo teórico foi comparada com dados de LES ( large eddy simulation) durante o decaimento da Camada Limite Convectiva. / The development of a spectral model for a decaying Convective Boundary Layer is considered in this work. The dynamical equation for the energy density spectrum function is obtained from r· avier-Stokes equation, in which shear and buoyancy terms were disregarded and turbulence was assumed to be homogeneous and non isotropic. The inertial energy transfer term is parametrized using a model suggested by Pao. To calculate this initial 3-D spectrum the mathematical formulation proposed by Kristensen was used, which allo,ved us to determine the 3-D spectrum of the homogeneous and non isotropic turbulent flow from a known one-dimensional (1-D) spectrum. To calculate the decaying one-dimensional spectrum and eddy diffusivity, a mathematical method using a weight function was utilized. This weight function gives information about how this one-dimensional component take part in the formation of the 3-D equation for the spectral density. Finally, the decaying vertical eddy diffusivity derived from the present theoretical model has been compareci with the generated from LES (large eddy simulation) data for a decaying Convective Boundary Layer.

Este trabalho trata do estudo teórico do ebulição convectiva de nanofluidos em canais de diâmetro reduzido (denominados de microcanais). Ele aborda, primeiramente, uma análise da literatura sobre a ebulição convectiva de fluidos convencionais em microcanais, na qual são discutidos critérios para a transição entre macro e microcanais e os padrões de escoamentos observados em canais de reduzido diâmetro. Métodos para a previsão das propriedades de transporte de nanofluidos foram levantados da literatura e estudos experimentais da convecção forçada, da ebulição nucleada e da ebulição convectiva de nanofluidos foram discutidos. Um método para a previsão do coeficiente de transferência de calor de nanofluidos em microcanais durante a ebulição convectiva foi proposto baseado em modelos convencionais da literatura ajustados para nanofluidos. O ajuste dos modelos convencionais foi realizado através de análise regressiva de dados experimentais para ebulição nucleada e convecção forçada de nanofluidos levantados da literatura, e da análise crítica de adimensionais que capturassem a influência das nanopartículas no processo de transferência de calor. De maneira geral o método proposto neste estudo apresenta concordância razoável com dados experimentais independentes, referente ao acréscimo do coeficiente de transferência de calor com o incremento da concentração volumétrica de nanopartículas. No entanto, a escassez de estudos experimentais sobre a ebulição convectiva de nanofluidos, especialmente em microcanais, impossibilitou uma análise mais aprofundada do método proposto. / The present work aims the theoretical study of convective boiling of nanofluids in small diameter channels (called microchannel). It discusses an analysis of the literature on convective boiling of conventional fluids in microchannels which presents criteria for the transition between conventional and microchannels and the flow patterns observed in small diameter channels. Methods for predicting the transport properties of nanofluids were compiled from the literature and experimental studies of forced convection, nucleate boiling and convective boiling of nanofluids were discussed. A method for predicting the heat transfer coefficient of nanofluids in microchannels during convective boiling was proposed based on conventional models from literature adjusted to nanofluids. The conventional models fitting was performed by regression analysis of experimental data for nucleate boiling and forced convection of nanofluids compiled from the literature and by critical analysis of dimensionless numbers which enable to capture the influence of nanoparticles on heat transfer process. In general the proposed method in this work presents reasonable agreement with independent experimental data regarding the increase in heat transfer coefficient with increasing nanoparticles volume fraction. However the scarcity of experimental studies on the convective boiling of nanofluids, especially in microchannels, precluded further analysis of the proposed method.

Dissipadores de calor baseados em microcanais são apresentados como solução para a remoção de fluxos de calor elevados em espaços restritos, pois proporcionam elevados coeficientes de transferência de calor quando comparados a canais convencionais. Tais trocadores também proporcionam elevadas razões entre a área superficial em contato com o refrigerante por unidade de volume do dissipador. Além dos microcanais, a utilização de nanofluidos também se apresenta como tecnologia com potencial de incremento do coeficiente de transferência de calor. Os nanofluidos consistem na adição de nanopartículas a um fluido base visando alterar suas propriedades de transporte termodinâmicas. Neste contexto, o objetivo do presente estudo é avaliar o coeficiente de transferência de calor para escoamentos monofásicos e ebulição convectiva de nanofluidos aquosos no interior de microcanais. Para isto, foram realizados experimentos em canais com diâmetro de 1,1 mm e comprimento de 200 mm para água deionizada, nanofluidos de alumina com diâmetros de 20-30 e 40-80 nm, nanofluidos de dióxido de silício com diâmetros de 15 e 80 nm, e nanofluidos de cobre com diâmetro de 25 nm. Estas soluções foram ensaiadas para concentrações volumétricas de nanopartículas de 0,001, 0,01 e 0,1, velocidades mássicas de 200, 400 e 600 kg/m2s e fluxos de calor de 20 a 350 kW/m2. A análise dos resultados revelou que a adição de nanopartículas a água deionizada proporciona o incremento do número de Nusselt para escoamentos monofásicos, principalmente na região inicial do tubo. Concluiu-se que os efeitos da adição de nanopartículas a um fluido base no coeficiente de transferência de calor durante a ebulição convectiva estão relacionados ao recobrimento da superfície com uma camada porosa. A deposição de nanopartículas com diâmetro inferior a 30 nm resultou na redução do coeficiente de transferência de calor e das instabilidades térmicas do escoamento em relação a água deionizada. O coeficiente de transferência de calor e as instabilidades térmicas não apresentaram variações significativas da deposição de nanopartículas com diâmetro superior a 40 nm. Por meio da análise da textura das superfícies recobertas e do critério de nucleação proposto por Kandlikar et al. (1997) concluiu-se que tal comportamento encontra-se associado aos efeitos do acabamento superficial na densidade de cavidades de nucleação ativas. / Microchannels based heat exchangers were introduced as a solution to high heat flux removal in restrict spaces due to their high heat transfer coefficients compared to heat exchangers based on conventional channels. The high ratio of surface are per volume is an additional advantage to microchannels in relation to conventional channels. Beside the microchannels technology, the nanofluids also present itself as a technique with potential to increase the heat transfer coefficient. Nanofluids consist of a solution containing nanoparticles dispersed in a base fluid with the goal to improve its thermodynamic and transport properties. In this context, the objective of the present study is to evaluate the heat transfer coefficient for single-phase flow and convective boiling of aqueous nanofluids inside microchannels. Experiments were performed for channels with internal diameter of 1.1mm and 200 mm long for DI-water, nanofluids containing alumina- (nanoparticles diameters of 20-30 and 40-80 nm), silicon dioxide (nanoparticles diameters of 15 and 80 nm), and copper (nanoparticles diameter of 25 nm). These solutions were evaluated for volumetric concentrations of 0.001, 0.01 and 0.1%, mass velocities of 200, 400 and 600 kg/m2s and heat fluxes from 20 to 350 kW/m2. The analysis of the results revealed that the addition of nanoparticles to DI-water causes an increment in the Nusselt number for single phase flows, especially at the inlet of the tube. The results for flow boiling indicated that the effects of adding nanoparticles to the base fluid are related to the deposition on the heating surface of a nanoparticles porous layer due to the boiling process. The deposition of nanoparticles smaller than 30 nm promoted a reduction of the heat transfer coefficient compared to DI-water on a clean surface, and thermal instabilities were minimized. For the deposition of nanoparticles larger than 40 nm these parameters did not presented significant variations in comparison to DI-water. A combined analysis of the surfaces finishing and the criterion of Kandlikar et al. (1997) for bubble nucleation revealed that such behaviors are correlated to the effects of the surface texture associated to the boiling process on the density of active nucleation cavities.

A presente tese envolve um estudo experimental da ebulição convectiva no interior de um dissipador de calor baseado em multi-microcanais. Resultados experimentais para perda de pressão e coeficiente de transferência de calor foram levantados para os hidrocarbonetos R600a (isobutano), R290 (propano) e R1270 (propileno), fluidos com reduzido GWP (Global Warming Potential) e ODP (Ozone Depletion Potential) nulo. O desempenho termo-hidráulico destes fluidos foi avaliado em um dissipador de calor de cobre, contendo cinquenta canais paralelos com seção transversal retangular de 123x494 µm2 , 15 mm de comprimento e área de base de 15x15 mm2. Os experimentos foram realizados para fluxos de calor de até 400 kW/m2, velocidade mássica variando entre 165 e 823 kg/m2s, graus de sub-resfriamento do líquido na entrada da seção de testes de 5, 10 e 15°C e temperaturas de saturação de 21 e 25°C. Os dados experimentais foram amplamente analisados e discutidos, focando o efeito do fluido refrigerante. Oscilações dos sinais de temperatura e pressão foram analisadas parametricamente visando caracterizar efeitos de instabilidades térmicas. Adicionalmente, realizou-se análise comparativa de desempenho dos refrigerantes baseada na 2ª Lei da Termodinâmica. Os dados para hidrocarbonetos foram comparados com resultados de trabalhos prévios para o refrigerante R134a levantados na mesma seção de testes e utilizando a mesma bancada experimental. A partir destes dados, conclui-se que os hidrocarbonetos proporcionam coeficientes de transferência de calor superiores ao R134a. Em geral, o coeficiente de transferência de calor apresenta a seguinte ordem decrescente: R290, R1270, R600a e R134a. No entanto, o R290 necessitou superaquecimentos da parede superiores ao R1270 para iniciar o processo de ebulição. O refrigerante R1270 proporcionou perdas de pressão totais inferiores aos demais fluidos segundo a seguinte ordem decrescente: R600a, R134a, R290 e R1270. O refrigerante R1270 apresentou frequências de oscilação inferiores na temperatura da câmara de saída. Baseado na análise de desempenho da 2ª Lei da Termodinâmica, conclui-se que, as irreversibilidades devido ao processo de transferência de calor foram predominantes quando comparadas àquelas devido à perda de pressão. Através desta análise também constatou-se o melhor desempenho para o refrigerante R290. / The present thesis concerns an experimental study on flow boiling inside a microchannel array. Experimental results for two-phase pressure drop and heat transfer coefficient were acquired for the hydrocarbons R600a (isobutane), R290 (propane) and R1270 (propylene). These fluids present low Global Warming Potential (GWP) and null Ozone Depletion Potential (ODP). The cooling performance of these hydrocarbons were evaluated for a copper heat sink containing fifty parallel microchannels. The microchannels are rectangular with cross section of 123x494 µm2, 15 mm length and a footprint area of 15x15 mm2. The experimental evaluation was performed in a test facility located at the Laboratory of Thermal and Fluid Engineering of School of Engineering of São Carlos, University of Sao Paulo. The experiments were performed for heat fluxes up to 400 kW/m2, mass velocities from 165 to 823 kg/m2s, degrees of liquid subcooling at the test section inlet of 5, 10 and 15°C and saturation temperatures of 21 and 25°C. The experimental data were carefully analyzed and discussed focusing on the effects of the fluid on the heat sink thermal hydraulic performance. Fluctuations in the temperature and pressure were analyzed parametrically in order to evaluate thermal instability effects. Additionally, an exergy analysis was performed to evaluate the refrigerant efficiency during convective evaporation. Subsequently, the parametric effects and performance of hydrocarbons were compared with previous results for refrigerant R134a obtained in the same test facility and under the same experimental conditions. The refrigerant R290 provided heat transfer coefficients higher than R600a and R1270. However, R290 needed a degree of wall superheating for the onset of nucleate boiling higher than R1270. Based on the exergy analysis it was concluded that, the irreversibility associated to the heat transfer process are predominant compared with the irreversibility due to the pressure drop. According to the Second Law analyses it was also concluded R290 as the fluid providing the best performance.