O solo fornece suporte e atua como reservatório de água para as plantas, promovendo condições fundamentais ao crescimento de raízes e à dinâmica da água e nutrientes. O conhecimento de suas propriedades hidráulicas, como a curva retenção da água, é de grande importância na descrição e predição dos processos de transporte da água e solutos. O objetivo deste trabalho foi determinar a curva de retenção pelo método tradicional dos funis e câmaras de pressão de ar com placa porosa, pelo método de campo utilizando tensiômetros e pelo método da evaporação da água em amostra de solo no laboratório munida de tensiômetro. O solo utilizado para estudo foi classificado como Nitossolo Vermelho eutrófico de textura argilosa, e estava sendo cultivado com café há mais de 10 anos. A comparação entre as curvas obtidas pelos três métodos indicou que o método da evaporação diferiu estatisticamente do método do funil e câmara e foi estatisticamente idêntico ao método do tensiômetro a campo. Por sua facilidade de execução, baixo custo e rapidez na determinação da curva de retenção até a tensão de aproximadamente 100 kPa, o método da evaporação aqui apresentado é uma boa opção de utilização. Com relação ao método do tensiômetro no campo, embora mais realístico, é muito trabalhoso. / Soil provides support and acts as a water reservoir to plants, promoting essential conditions to root growth and to water and nutrient dynamics. The understanding of its hydraulic properties, like the water retention curve, is of great importance for the description and prediction of the processes of water and solute transport. The objective of this study was to determine soil water retention curve through the traditional method using porous plate funnel and pressure chamber, through the field method using tensiometers and through the water evaporation in soil sample with tensiometer in the laboratory. The studied soil was classified as clayey Rhodic Hapludox, which had been cultivated with coffee for more than 10 years. The comparison of curves obtained through the three methods indicated that the evaporation method was statistically different from the method using funnel and chamber, and statistically equal to the method of tensiometers at field. For its easy execution, low cost and quickness to determine soil water retention curve until the tension of about 100 kPa, the evaportation method presented here is a feasible option. As for the method of tensiometers at field, although it is more realistic, it is very laborious.

Resumo: Clicar acesso eletrônico abaixo. / Orientador: Edivaldo Domingues Velini / Coorientador: Fernando Tadeu de Carvalho / Banca: Luis Fernando Nicolosi Bravin / Banca: Robinson Antonio Pitelli / Mestre

Os problemas de escassez hídrica enfrentados pela região Nordeste do Brasil ocorrem, principalmente, devido às condições climáticas, caracterizadas pela má distribuição das chuvas tanto temporalmente - a maior parte da precipitação anual se concentra em poucos meses - quanto espacialmente. A alta taxa de evaporação da região e a estrutura geológica do solo, predominantemente cristalino, são fatores que contribuem para agravar o problema. Fica evidenciada, portanto, a necessidade de a operação dos sistemas de recursos hídricos ser otimizada, propiciando assim, o seu melhor aproveitamento, com o menor custo para a sociedade. O presente trabalho estuda a operação otimizada dos reservatórios que abastecem a região metropolitana de Fortaleza, no Estado do Ceará, considerando a evaporação. O problema foi tratado através de um procedimento híbrido, proposto recentemente, de algoritmo genético e programação linear. O método permitiu que regras operacionais fossem extraídas sem a necessidade de fixá-las a priori, considerando diferentes condições de importe hídrico e possibilidades hidrológicas para evidenciar a robustez do método. / The problems of water shortage in the Northeast area of Brazil, are mainly due to the weather conditions, characterized by scattered rainfall depending upon the time of the year - the highest annual precipitation is concentrated in a few months - as well as the location. Very high evaporation rates in the region and the geological structure of the soil, mainly of crystalline origin, are factors that worsen shortage of water. Thus, there need for optimal operation of water resources systems, so as to obtain highest benefit at low costs for the society. The present study performs optimized operation of the Fortaleza (Ceará) metropolitan area water supply reservoirs with special attention to water losses by evaporation. The problem has been handled through a recently proposed hybrid procedure, genetic algorithm and linear programming. The method permitted extraction of operational rules without having to hypothesize their structure \"a priori\". Further, it was applied to Fortaleza water supply under different hydrologic conditions and those of inter-basin water transfers to verify the strength of the method employed.

Mass and energy flow processes in soil are strongly dependent on the state of the soil structure and on pore space geometry. To correctly describe these transport processes, an adequate pore space characterization is required. In this context, the use of computerized microtomography allows the visualization of the soil structures and processes that occur at large scales may be very useful, besides being a fast and non-destructive technique. Soil hydraulic properties, which are essential in the quantification of water balance components in hydrological models of the unsaturated zone, can be measured directly with field or laboratory methods. Simultaneous determination of these properties can be done by the Wind-Schindler evaporation method, but determining only the retention function is a more common practice. The relation between soil water retention and hydraulic conductivity can then be predicted using theories like those developed by Childs and Collis-George, Burdine and Mualem. These models treat pore-space tortuosity and connectivity as an empirical parameter, and its value remains usually undetermined, the use of a standard value being more common. Based on this contextualization, the objectives of this thesis are: (i) to evaluate the correlation between soil hydraulic properties measured in the laboratory, and parameters that quantify soil pore space from 3D images obtained by X-ray microtomography; and (ii) to functionally analyze soil hydraulic property parameterization in the prediction of soil water balance components by an agrohydrological model. To verify the relationship between soil hydraulic properties and soil image parameters, a stepwise multiple regression analysis was performed between the pore space parameters from images and empirical parameters of the semi-deterministic model, obtained with evaporation experiments together with an inverse solution method. Functional evaluation of soil hydraulic parameters was performed by a sensitivity analysis of the outputs of an agro-hydrological model to several ways of obtaining the tortuosity/connectivity parameter: applying the commonly used standard value, or determining its value in evaporation experiments in the laboratory with wet-range tensiometers, dry-range tensiometers, or both wet- and dry-range tensiometers. Simulations with the agro-hydrological model were performed for some years with distinct rainfall characteristics. The soil retention curve obtained using soil images had a good agreement to the retention curve obtained by the evaporation experiment, although the spatial resolution of the microtomograph allowed to only quantify macropores, consequently, to determine the hydraulic properties in a small range close to saturation. Soil hydraulic parameterization using a wide range of pressure heads is recommended for a better representation of vadose zone processes and soil-water-plant relations / Os processos de fluxo de massa e energia no solo dependem fortemente do estado da estrutura do solo e da geometria do espaço dos poros. Para descrever corretamente esses processos de transporte, é necessária uma caracterização adequada do espaço poroso. Neste contexto, o uso da microtomografia computadorizada permite a visualização das estruturas do solo e os processos que ocorrem em grandes escalas podem ser muito úteis, além de ser uma técnica rápida e não destrutiva. As propriedades hidráulicas do solo, que são essenciais na quantificação dos componentes do balanço hídrico em modelos hidrológicos da zona não saturada, podem ser medidas diretamente com métodos de campo ou laboratório. A determinação simultânea dessas propriedades pode ser feita pelo método de evaporação Wind-Schindler, mas a determinação apenas da função de retenção é uma prática mais comum. A relação entre a retenção de água do solo e a condutividade hidráulica pode então ser predita por teorias como as desenvolvidas por Childs e Collis-George, Burdine e Mualem. Esses modelos tratam a tortuosidade e conectividade do espaço poroso como um parâmetro empírico, e seu valor permanece geralmente indeterminado, sendo o uso de um valor padrão mais comum. Com base nessa contextualização, os objetivos desta tese são: (i) avaliação da correlação entre propriedades hidráulicas do solo, medidas em laboratório e parâmetros que quantificam o espaço de poros do solo a partir de imagens 3D obtidas por microtomografia de raios X; (ii) a análise funcional da parametrização das propriedades hidráulicas do solo na predição dos componentes do balanço hídrico do solo por um modelo agro-hidrológico. Para a verificação da relação entre as propriedades hidráulicas do solo e os parâmetros da imagem do solo, foi realizada uma análise de regressão múltipla entre os parâmetros do espaço poroso por imagens e parâmetros empíricos do modelo semi-determinística, obtidos com experimentos de evaporação juntamente com método de solução inversa. A avaliação funcional das parametrizações hidráulicas do solo foi feita pela análise de a sensibilidade das saídas de um modelo agro-hidrológico a várias maneiras de obter o parâmetro de tortuosidade/conectividade: aplicando um valor fixo comumente utilizado ou determinando seu valor em experimentos de evaporação no laboratório com tensiômetros na faixa úmida, tensiômetros na faixa seca, ou com tensiômetros nas faixas seca e úmida. As simulações com o modelo agro-hidrológico foram realizadas por vários anos com disponibilidade de água distinta. A curva de retenção de solo obtida através de imagens do solo está em concordância com a curva de retenção obtida pelo experimento de evaporação, embora a limitação da resolução espacial da microtomografia, permitiu apenas quantificar macroporos, consequentemente, a determinação das propriedades hidráulicas em uma pequena faixa próxima à saturação. A parametrização hidráulica do solo usando uma faixa mais ampla de tensões é recomendada para melhor representar os processos na zona não-saturada e das relações solo-água-planta

In this dissertation, a mathematical model was presented to simulate the steady state performance of a cross flow three-pass serrated plate fin compact evaporator. The refrigerant flows in three passes and the air flows in a single pass. The principle of the model was to divide the evaporator into 3 zones corresponding to each of the three refrigerant flow passes and to divide the third zone (the last zone before the refrigerant leaves the evaporator) into two sub zones - the two-phase sub zone and the single phase vapor sub zone. The fluid properties in a given zone are considered to be constant and uniform in that zone. The energy conservation equations were solved in each zone. Each zone's air flow outlet properties were the airflow inlet properties for the next zone while each zone's refrigerant outlet properties were the refrigerant inlet properties for the next zone. The results were compared to experimental data.

CPL (Capillary Pumped Loop) é um sistema de transporte de calor na forma de um circuito fechado por onde circula um fluido, bombeado de pressão capilar. O calor é transportado utilizando-se os processos de evaporação e condensação que o fluido sofre ao longo do circuito. Neste trabalho, uma nova configuração de CPL é estudada experimental e teoricamente. Com o objetivo de criar uma interface fixa entre o líquido e o vapor dentro do circuito, o condensador convencional tipo serpentina é substituída por um contendo material poroso no seu interior. A idéia é ter um sistema simples, leve e confiável, sem os problemas operacionais do CPL convencional. Um protótipo é fabricado e testado em diferentes condições de operação, demonstrando a funcionalidade e indicando o desempenho deste tipo de CPL. Um modelo matemático, que simula o comportamento térmico e hidrodinâmico do dispositivo em função das condições de operação, é desenvolvido e validado com dados experimentais. Utilizando o modelo, estudam-se as características opercaionais deste sitema, incluindo levantamento das condições necessárias para operação e inicialização, identificação e caracterização do modo de operação, e análise de sensibilidade em relação aos principais parâmetros de projeto.

O mercado de tintas e vernizes é um dos maiores demandantes de solventes. Nos últimos anos, a reformulação de sistemas solventes tem ganhado forca, e três são as razões principais para isso: redução de custo, mantendo o desempenho; melhoria do desempenho; e busca por solventes menos agressivos ao homem e a natureza, quer seja voluntariamente ou por imposição de legislação. Dentre as varias propriedades necessárias de um solvente para formulação de tintas e vernizes, a taxa de evaporação e os parâmetros de solubilidade de Hansen são os mais importantes. Em sua grande maioria, os ajustes e substituições de formulação de solventes são realizados pelo método da tentativa e erro, que é caro e demorado. A teoria e modelos sobre os parâmetros de solubilidade já são bastante conhecidos, mas pouco foi explorado sobre modelos para prever a taxa de evaporação de solventes e misturas com base no método do evaporômetro determinado pela ASTM D3539. O objetivo deste trabalho é avaliar os modelos disponíveis em literatura para cálculo da taxa de evaporação de solventes e suas misturas, e por fim, com base em conceitos de otimização e projeto de mistura auxiliado por computador (Computer-Aided Mixture/Blend Design), propor uma metodologia para obter misturas de custo otimizado que satisfaçam as restrições de evaporação e solubilidade. Devido às equações das restrições dos modelos das propriedades, este problema de otimização é classificado como programação não-linear (NLP Non-Linear Programming). Embora os modelos de taxa de evaporação dos solventes e das misturas não apresentem resultados consistentes para todo e qualquer caso, devido a desvios muitas vezes causados pelos solventes de rápida evaporação, estes modelos associados à teoria de solubilidade de Hansen se tornam uma ferramenta de grande importância na formulação de sistemas solventes. Os resultados observados com esta metodologia têm grande concordância com os resultados obtidos experimentalmente. / Paint and coatings are one of the most solvent demanding markets. In recent years, reformulation of solvent systems has gained strength, and there are three main reasons: cost reduction maintaining performance, performance improvement, and the search for less aggressive solvents to human and environment, voluntarily or by legislation. Among several properties required for these solvents, evaporation rate and Hansen solubility parameters are the most important ones. Most adjustments and replacements of solvents in formulation are performed by trial and error methods, which are expensive and time consuming. The solubility parameters theory and models are already well known but little was explored about models to predict solvents and mixtures evaporation rate based on the evaporometer method determined by ASTM D3539. The object of this study is to evaluate the available models for calculating the evaporation rate of solvents and their mixtures, and then, based on optimization concepts and computer-aided Mixture/Blend Design, to propose a methodology to obtain cost-optimized mixtures that meet evaporation and solubility constraints. Due to the equations restrictions of properties models, this optimization problem is classified as NLP - Non-Linear Programming. Although evaporation rate models of solvents and mixtures do not show consistent results for every case most deviations were caused by fast evaporation solvents -, these models associated with the Hansen solubility theory become an important tool in the solvent systems formulation. The results observed with this method have good agreement with experimental results.

Foi construído um arranjo experimental para estudar o comportamento dos jatos evaporativos. Um injetor foi projetado para controlar e manter constantes a pressão e temperatura de reservatório durante a injeção. Um bocal cônico convergente de seção reta com diâmetro de saída de 0,30 mm e ângulo entre sua geratriz e seu eixo simetria igual à 10º forma o elemento principal do injetor. O jato é descarregado em uma câmara de baixa pressão de dimensões suficientemente grandes para manter a pressão constante durante o curto período de ensaio, igual à 1 s. Quando injetado, o líquido sofre uma repentina queda de pressão ocasionando sua evaporação. Os fluidos utilizados são os combustíveis querosene e óleo diesel, e a substância n-dodecano, os quais se caracterizam pela possibilidade de uma evaporação completa, de forma adiabática. Utilizou-se o método \"schlieren\" para a visualização do escoamento. A análise dos jatos é feita de forma qualitativa através dos registros fotográficos. Foram observados os seguintes tipos de jato: (1) contínuo, (2) pulverizante e (3) evaporação na superfície. O primeiro jato não implica em imediata mudança de fase tornando o jato de líquido emergente intacto. Com o aumento da temperatura de injeção, existe o espalhamento e a evaporação do jato, formando o segundo tipo de jato, onde é possível visualizar o campo do gradiente de densidade do escoamento e a formação de ondas de evaporação e de choque que pode ocorrer a uma distância proporcional a vários diâmetros à jusante. Em jatos com evaporação completa, foram constadas a formação de ondas de choque tanto de formas elipsóide como de esferóide para elevadas temperaturas. As fotografias digitais são submetidas à filtragem e processamento matemático para melhor destacar tais fenômenos do escoamento. / An experimental apparatus has been built to study the behaviour of flashing jets. An injector was designed to control and maintain the jet pressure and temperature at constant values during the injection process. A conical convergent nozzle whose main dimensions are 0,30 mm of exit diameter, 8 mm long, and a convergence half-angle of 10º is the central component of the injection system. The jet is discharged into a low-pressure chamber large enough to keep the reservoir pressure constant during the short test period of about 1 s. As the testing liquid expands in the nozzle it undergoes a sudden pressure drop causing its evaporation. The fluids are usual fuels, such as kerosene and diesel oil, and the substance ndodecane, which are distinguishable by the possibility of a complete evaporation in an isoentropic expansion process. The photographic method \"schlieren\" is used for flow visualisation. A qualitative analysis is made of the photographic documentation of the images obtained using a CCD camera. The images can be grouped into three categories of jets: (1) continuous, (2) shattering, and (3) with surface evaporation. The first regime has an undisturbed a liquid column, which remains more or less intact during the injection process. In the second type, the existing liquid jet is shattered by vapour nucleation and, in some cases, shock waves are clearly visible. It happens at higher temperature than the preceding evaporation mode. Finally, in special situations, the jet undergoes an evaporation at its surface and the two-phase mixture expands at a high speed followed by a shock wave before the mixture attains the pressure reservoir.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-11-16Bitstream added on 2014-06-13T19:01:19Z : No. of bitstreams: 1 savu_r_dr_bauru.pdf: 10688901 bytes, checksum: 4c1846c73d88b2e598b43e7a14ea1b7c (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A presente pesquisa teve como principal objetivo a obtenção de estruturas nanométricas de óxido de índio, óxido de estanho e óxido de zinco por evaporação térmica e síntese hidrotérmica e a construção e teste de sensores de gases e de fotodetectores de ultravioleta baseados nessas nanoestruturas. Foram realizados estudos da influência dos parâmetros experimentais das duas rotas de síntese usadas sobre as morfologias e as propriedades das estruturas. Para a obtenção das camadas nanoestruturadas por evaporação térmica foi especialmente construído um forno tubular que permitiu o controle da temperatura de deposição independente da temperatura de evaporação e da distância entre a fonte de evaporação e o substrato. Esses parâmetros, pouco explorados nas pesquisas reportadas na literatura, exerceram uma grande influência sobre a morfologia e as propriedades dos nanofios obtidos. O equipamento permitiu ainda um controle preciso da composição da atmosfera e da pressão de síntese. Na síntese química em solução, a construção de um reator hidrotérmico permitiu o estudo da influência da taxa de resfriamento sobre as dimensões, cristalinidade, morfologia e propriedades das nanoestruturas. Esse estudo, o primeiro do gênero na literatura, ressaltou a importância no controle deste parâmetro para sintetizar estruturas com propriedades melhoradas. As demais variáveis estudadas foram: a concentração das soluções, as camadas catalisadoras, a temperatura e o tempo de síntese. Foram testadas duas estratégias para a obtenção dos filmes nanoestruturados: spin-coating de suspensões de nanoestruturas sobre substratos de silício oxidado ou o crescimento das mesmas, durante a síntese, sobre substratos com camadas catalisadoras de zinco. Os nanofios e as camadas funcionais foram caracterizados por Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura... / The subject of this thesis covers the synthesis and growth of indium, tin and zinc oxide nanostructures by thermal evaporation and hydrothermal synthesis and the fabrication and testing of gas sensors and ultraviolet photodetectors based on these nanosized structures. For both chemical and physical routes, the influence of processing conditions over the morphology, dimensions and electrical properties of the nanowires was investigated. In order to obtain nanostructured layers by thermal evaporation a tubular furnace was specifically builti, allowed the control of the source-substrate distance and the deposition temperature independently of the evaporation one. These parameters, slightly explored in the literature, granted a big influence over the nanowires morphology and properties. Moreover, the equipment permitted the control of deposition atmosphere and pressure. The design and assembly of a hydrothermal reactor allowed studying the influence of the cooling rate over the dimension, morphology, cristallinity and, consequently, the properties of the nanostructures. This study highlighted the importance of controlling this particular parameter in the hydrothermal process, yielding nanostructured materials with enhanced properties. Variables such as solution concentration, synthesis temperature and time, surfanctants and precursors were also explored in the hydrothermal process. In order to obtain nanostructured thin films using the chemical bath deposition, two processing techniques were employed: spin-coating of powder suspensions over oxidized silicon substrates and nanostructured anisotropic growth directly from solution using zinc coated substrates. The nanowires and the functional nanostructured layers were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE - SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)... (Complete abstract click electronic access below)

Foi construído um arranjo experimental para estudar o comportamento dos jatos evaporativos. Um injetor foi projetado para controlar e manter constantes a pressão e temperatura de reservatório durante a injeção. Um bocal cônico convergente de seção reta com diâmetro de saída de 0,30 mm e ângulo entre sua geratriz e seu eixo simetria igual à 10º forma o elemento principal do injetor. O jato é descarregado em uma câmara de baixa pressão de dimensões suficientemente grandes para manter a pressão constante durante o curto período de ensaio, igual à 1 s. Quando injetado, o líquido sofre uma repentina queda de pressão ocasionando sua evaporação. Os fluidos utilizados são os combustíveis querosene e óleo diesel, e a substância n-dodecano, os quais se caracterizam pela possibilidade de uma evaporação completa, de forma adiabática. Utilizou-se o método \"schlieren\" para a visualização do escoamento. A análise dos jatos é feita de forma qualitativa através dos registros fotográficos. Foram observados os seguintes tipos de jato: (1) contínuo, (2) pulverizante e (3) evaporação na superfície. O primeiro jato não implica em imediata mudança de fase tornando o jato de líquido emergente intacto. Com o aumento da temperatura de injeção, existe o espalhamento e a evaporação do jato, formando o segundo tipo de jato, onde é possível visualizar o campo do gradiente de densidade do escoamento e a formação de ondas de evaporação e de choque que pode ocorrer a uma distância proporcional a vários diâmetros à jusante. Em jatos com evaporação completa, foram constadas a formação de ondas de choque tanto de formas elipsóide como de esferóide para elevadas temperaturas. As fotografias digitais são submetidas à filtragem e processamento matemático para melhor destacar tais fenômenos do escoamento. / An experimental apparatus has been built to study the behaviour of flashing jets. An injector was designed to control and maintain the jet pressure and temperature at constant values during the injection process. A conical convergent nozzle whose main dimensions are 0,30 mm of exit diameter, 8 mm long, and a convergence half-angle of 10º is the central component of the injection system. The jet is discharged into a low-pressure chamber large enough to keep the reservoir pressure constant during the short test period of about 1 s. As the testing liquid expands in the nozzle it undergoes a sudden pressure drop causing its evaporation. The fluids are usual fuels, such as kerosene and diesel oil, and the substance ndodecane, which are distinguishable by the possibility of a complete evaporation in an isoentropic expansion process. The photographic method \"schlieren\" is used for flow visualisation. A qualitative analysis is made of the photographic documentation of the images obtained using a CCD camera. The images can be grouped into three categories of jets: (1) continuous, (2) shattering, and (3) with surface evaporation. The first regime has an undisturbed a liquid column, which remains more or less intact during the injection process. In the second type, the existing liquid jet is shattered by vapour nucleation and, in some cases, shock waves are clearly visible. It happens at higher temperature than the preceding evaporation mode. Finally, in special situations, the jet undergoes an evaporation at its surface and the two-phase mixture expands at a high speed followed by a shock wave before the mixture attains the pressure reservoir.