Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: Nas últimas décadas surgiu a necessidade de dissipar maiores quantidades de energiatérmica, fato que acarretou no aumento do número de estudos em ebulição nucleada e convectivacom o objetivo de produzir trocadores de calor cada vez mais eficientes e compactos. Abusca de produtos cada vez mais eficientes e compactos e a procura de novas técnicas paramelhorar a transferência de calor, garantindo a integridade física do equipamento, continuamcrescendo e a tendência é que continuará assim nos próximos anos. Uma das técnicas que estásendo amplamente pesquisada na comunidade cientifica é o uso de nanofluidos. Os nanofluidosforam desenvolvidos com o intuito de melhorar a condutividade e a difusividade térmicaem relação aos fluidos tradicionais. Muitos experimentos com nanofluidos têm sido desenvolvidosnos últimos anos, mas ainda existem muitas divergências a respeito do efeito dessesfluidos sobre o fenômeno de ebulição. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem comoobjetivo a análise teórico-experimental do efeito de superfícies nanoestruturadas e da concentraçãodo nanofluido, a ser depositado sobre a superfície aquecedora, sobre o coeficiente detransferência de calor em regime de ebulição nucleada. Para tanto, testes foram realizadospara fluxos de calor que correspondem ao regime de ebulição nucleada da água deionizada, àtemperatura de saturação (Tsat = 99 °C) e à pressão atmosférica (patm = 98 kPa), sobre superfíciesaquecedoras de cobre com dif... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the last decade, the necessity to dissipate large quantities of heat energy increased,thus leading to an increase on the number of studies in nucleate pool boiling and flow boilingwith the aim of producing more compact and efficient heat exchangers. The search for increasinglyefficient and compact products and for new techniques to improve the heat transfer,ensuring the physical integrity of the equipment, keep growing and it will remain so in thenext years. One of the techniques being widely researched in the scientific community is theuse of nanofluids. The nanofluids have been developed in order to improve the thermal conductivityand diffusivity compared to traditional fluids. Although many experiments withnanofluids have been developed in recent years, there are still many differences related to theeffects of these fluids on the pool boiling phenomenon. In this context, this work aims to analyzethe effects of nanostructured surfaces and different nanofluid concentrations, which aredeposited on the heating surface, on the heat transfer coefficient during the nucleate boilingregime. Therefore, tests were performed to heat fluxes values corresponding to the nucleateboiling regime for deionized water, at saturation temperature (Tsat = 99 °C) and atmosphericpressure (patm = 98 kPa), on copper heating surfaces with different roughness values. Thenanostructured surfaces were produced by maghemite nanoparticle deposition, which isachieved by boi... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Eduardo Augusto Caldas Batista / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:07:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maximo_GuilhermeJose_M.pdf: 1130642 bytes, checksum: 2075f789c23ac3903cbe00e7ee7f52fc (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O equilíbrio líquido-vapor de soluções aquosas binárias formadas por açúcares presentes em sucos de fruta, D-glucose e D-frutose foi estudado através da determinação experimental da temperatura de ebulição em rotaevaporador com recirculação da fase vapor, de 20 kPa até a pressão atmosférica (93.6 kPa) e concentração entre 10 e 60 % (m/m). Os dados experimentais foram correlacionados com dados preditos a partir do cálculo do coeficiente de atividade pelo método de contribuição de grupos UNIFACLyngby utilizando diferentes modelos moleculares e parâmetros estruturais. A conformação cíclica das moléculas foi decisiva na obtenção de resultados mais precisos pela modelagem. Os resultados foram descritos com precisão através de diagramas de Dühring e o aumento da temperatura de ebulição das soluções em relação à da água pura foi considerado significativo na demanda de energia para mudança de fase. O equilíbrio termodinâmico de soluções aquosas de ácidos policarboxílicos presentes em sucos e polpas de fruta, ácido cítrico, málico, malônico, oxálico, succínico e tartárico foram estudados através da determinação experimental do pH em células isotérmicas, entre 278.15 e 323.15 K e porcentagem mássica entre 1 e 20 %. Os dados experimentais foram correlacionados com dados preditos a partir da resolução de um sistema de equações não lineares em algoritmo computacional programado em MATLAB. O coeficiente de atividade foi calculado através da utilização isolada ou combinada, do método UNIFAC-Lyngby e da equação modificada de Debye-Hückel, levando em consideração as interações de curto e longo-alcance presentes na solução. De modo geral, o modelo combinado descreveu com melhor precisão o comportamento do pH das soluções do que a utilização dos modelos isolados. Além disso, de acordo com o equilíbrio químico das soluções, a temperatura tem efeito significativo no pH das soluções, o que significa que algumas propriedades dessas misturas são alteradas durante os processos térmicos / Abstract: The vapor-liquid equilibrium of binary aqueous solutions of D-glucose and D-fructose, present in fruit juices, was evaluated by experimental boiling point measurements in a rotary evaporator with total reflux of the vapor phase from 20 kPa to atmospheric pressure (93.6 kPa) and concentration from 10 to 60 % by mass. The experimental data were correlated with predicted data by UNIFAC-Lyngby group contribution method, using different molecular approaches and structural parameters. The cyclic conformation of the sugar molecules was decisive for the accuracy of the modeling. The data were accurately described by Dühring diagrams and the rise in boiling point was considered significant for energy demand of phase change. The thermodynamic equilibrium of aqueous solutions of polycarboxylic acids present in fruit juices and pulps, citric acid, malic acid, malonic acid, oxalic acid, succinic acid and tartaric acid was evaluated by experimental pH measures in isothermic cells, from 278.15 to 323.15 K and concentration from 1 to 20 % by mass. The experimental data were correlated with predicted data by the resolution of a non-linear equation system by a computer algorithm implemented in MATLAB. The activity coefficients were calculated using the UNIFAC-Lyngby method and the modified Debye- Hückel term, taking into account the short and long-range interactions of the molecules in solution. In general, the combined model described the behavior of the pH of the solutions with higher accuracy than the isolated models. Moreover, according to chemical equilibrium of the solutions, the effect of temperature on pH was significant, meaning that some mixtures properties are affected during thermal processes / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

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.

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 pesquisa teve por objetivo o estudo da ebulição convectiva dos novos refrigerantes halogenados no interior de tubos horizontais de cobre. Uma busca na literatura pertinente ao assunto mostrou que a determinação do coeficiente de transferência de calor pode ser determinado por correlações que, aqui, foram classificadas como: 1- Estritamente Convectivas, 2- Superposição de Efeitos e 3- Estritamente Empíricas. Essas correlações mostraram-se inadequadas a generalizações. Uma bancada experimental foi concebida e construída, o que permitiu a obtenção de dados experimentais envolvendo uma ampla faixa de condições operacionais. Efeitos de parâmetros físicos como a velocidade mássica, fluxo de calor, temperatura de saturação e título, foram investigados. Os dados experimentais obtidos foram utilizados no desenvolvimento de uma correlação para o coeficiente de transferência de calor na ebulição convectiva que satisfizesse adequadamente esses dados obtidos para condições operacionais típicas de aplicações frigoríficas. A partir da análise efetuada foi proposto um modelo no qual foram introduzidos os adimensionais que envolvem os principais efeitos relacionados à mudança de fase. O modelo proposto apresentou resultados bastante adequados não apenas na correlação dos resultados experimentais obtidos na presente pesquisa como também em dados encontrados na literatura. / Present research has aimed at the study of convective boiling of recently introduced halocarbon refrigerants inside horizontal copper tubes. A comprehensive literature survey has revealed that the correlations for the convective boiling heat transfer coefficient can be divided into three main categories: (1) strictly convective; (2) superposition of effects; (3) strictly empirical. As a general rule these correlations are not fitted for generalizations. An experimental set up has been developed and constructed in order to raise data involving a relatively wide range of operational conditions. These data have been used to investigate effects of such parameters as heat flux, mass velocity, quality and evaporating temperature. In addition gathered data have been used in the development of a correlation for the heat transfer coefficient under convective boiling conditions typical of refrigeration applications. The model has been developed in terms of the main intervening non dimensional groups. The proposed equation correlated very well not only experimental data from present investigation but data obtained else where.

O estudo consistiu em uma análise teórica experimental, com o desenvolvimento de uma correlação, dos parâmetros que afetam a ebulição nucleada de refrigerantes halogenados em superfícies cilíndricas lisas. Uma ampla análise da literatura permitiu levantar os distintos tópicos envolvendo este tema destacando entre eles o presente estudo. A análise da literatura envolveu, ainda, um estudo detalhado dos fundamentos da ebulição e das correlações para a previsão do coeficiente de transferência de calor. Foi projetado e construído um aparato experimental no qual foram realizados ensaios envolvendo superfícies de aço inoxidável, cobre e latão, os refrigerantes R-11, R-123, R-12, R-22 e R-134a, fluxos específicos de calor entre 0,8 e 120 kW/m&sup2, pressões reduzidas de 0,008 a 0,26 e rugosidade aritmética média variando entre 0,02 e 3,3 &#956m. A análise destes resultados possibilitou a verificação de comportamentos físicos inéditos segundo a literatura consultada. Destaca-se a análise de efeitos da condução longitudinal e da resistência térmica de contato entre a superfície de transferência de calor e os termopares. Esta análise foi incorporada ao procedimento de determinação da temperatura superficial, e permitiu estabelecer a distribuição de temperaturas ao longo do perímetro da superfície. Finalmente, com base no banco de dados levantado, foi desenvolvida uma correlação para o coeficiente de transferência de calor em ebulição nucleada plenamente desenvolvida de refrigerantes halogenados. / The present research has been focused in a theoretical and experimental analysis of the parameters that affect the pool boiling of halocarbon refrigerants in smooth cylindrical surfaces with the development of a correlation. A wide survey of the literature allowed to list the distinct topics related to this subject and to highlight among them the theme of this study. The literature analysis still involved a detailed study of the pool boiling fundamentals and of the correlations for the pool boiling heat transfer coefficient. An experimental set up has been developed and constructed in which were raise data involving surfaces of stainless steel, copper and brass, the refrigerants R-11, R-123, R-12, R-22 and R-134a, specific heat flux range of 0.8 to 120 kW/m&sup2, reduced pressures from 0.008 to 0.26 and arithmetic mean roughness varying between 0.02 and 3.3 &#956m. The analysis of these results revealed, according to the consulted literature, unpublished physical behaviors. In this work the effects of the longitudinal conduction and of the thermal contact resistance between the heat transfer surface and the thermocouple were analyzed carefully. This analysis was incorporated to the superficial temperature determination procedure and allowed to establish the temperature distribution along the surface perimeter. Finally, using the data base raised in this research, a simple and accurate correlation for the fully developed pool boiling heat transfer coefficient for halocarbon refrigerants applications has been developed.

O presente estudo envolve a análise teórico-experimental da transferência de calor através do mecanismo de ebulição em um único tubo e em banco com três tubos horizontais. A análise da literatura permitiu levantar os parâmetros que podem influenciar o coeficiente de transferência de calor na ebulição em banco de tubos e algumas correlações. O aparato experimental foi adaptado para realização de ensaios envolvendo refrigerantes halogenados, 3 tubos dispostos em fileiras paralelas e 3 distintos diâmetros. Nos experimentos foram utilizados os refrigerantes R-11, R-123 (baixa pressão) e R-134a (média pressão), tubos de latão aquecidos internamente com resistências elétricas, com fluxo de calor específico variando entre 1 e 40 kW/'M POT.2'. Através dos resultados foram observados alguns comportamentos inéditos na influência do acabamento superficial e em banco de tubos. Com base no banco de dados levantado, foi desenvolvida uma correlação para o coeficiente de transferência de calor em ebulição em banco de tubos. Os resultados obtidos por esta correlação apresentaram reduzidos desvios em relação aos experimentais. / The research reported herein is a theoretical and experimental investigation of nucleate boiling heat transfer in an isolated tube and a row of three horizontal tubes. The literature review provided enough information to raise the intervening physical parameters and several correlations. The experimental bench has been developed and adapted to perform experiments with several refrigerants, three different tube diameters, and to accommodate a row of three parallel tubes. The experiments have been carried out with refrigerants R-11, R-123 and R-134a. Heating of the brass tubes has been provided by tubular electrical heaters inserted inside the tubes. The heat flux varied from 1 to 40 kW/'M POT.2'. Experiments have been carried out by successively heating two and three tubes. Effects of boiling in tubes underneath (lower level) have been investigated. Finally a correlation for the heat transfer coefficient in successive tubes of a tube bank has been developed. The correlation presents good accuracy with respect to data from the present investigation.

Orientador: Roberta Ceriani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T00:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Damaceno_DanieladaSilva_M.pdf: 3241692 bytes, checksum: 461c874bf1a0705ce436bee9c205a2a1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Óleos e gorduras são uma fonte nutricional relevante de energia, de ácidos graxos essenciais, de vitaminas e de antioxidantes naturais, além da demanda recente como matéria-prima para produção de biodiesel. Em sua grande maioria, passam por algum tipo de processamento antes de ser destinado ao consumo humano. Além disso, derivados de óleos vegetais como ácidos graxos, ésteres graxos, triacilgliceróis, diacilgliceróis e monoacilgliceróis são importantes produtos oleoquímicos, de aplicação nas indústrias de alimentos e química. Neste contexto, o conhecimento e a descrição do comportamento de propriedades termofísicas de compostos graxos em função das diferentes variáveis de processamento podem ser de grande utilidade prática. No entanto, dados experimentais dessas propriedades na literatura aberta são bastante escassos. No caso da temperatura de ebulição de acilgliceróis parciais (mono- e diacilgliceróis), o banco de dados experimentais é formado por apenas seis valores para seis diferentes monoacilgliceróis a 0,13 kPa. Já para os tocoferóis, a literatura aberta apresenta um gráfico monolog da pressão de vapor (0,004 kPa a 0,5 kPa) em função da temperatura (453 K a 533 K). Nenhum dado pode ser encontrado para os diferentes tocoferóis (?-, ?-, ?- e ?-) Assim, nesse trabalho foram determinadas as temperaturas de ebulição de quatro acilgliceróis parciais, monocaprilina, monocaprina, dicaprilina e dicaprina a baixas pressões (1,0 kPa a 13,2 kPa) e dos tocoferóis ?-, ?-, ?- e ?- a 1,1 kPa, utilizando a técnica de calorimetria diferencial exploratória, que é bastante adequada para compostos susceptíveis à degradação térmica e oxidativa, e de custo bastante elevado (amostras na ordem de miligramas). Para os acilgliceróis parciais, parâmetros das equações de Clapeyron, Antoine e DIPPR (Design Institute for Physical Properties) foram ajustados. No caso da equação DIPPR, foram incluídos na regressão valores estimados pelo método de contribuição de grupos de Marrero e Gani para temperatura normal de ebulição e ponto crítico. A entalpia de vaporização foi estimada utilizando a relação de Clausius-Clayperon com a inclusão de um termo de correção para desvios a pressões mais elevadas. Já para a classe dos tocoferóis, uma equação DIPPR foi ajustada para a pressão de vapor e derivada para a entalpia de vaporização / Abstract: Oils and fats are an important source of energy, essential fatty acids, vitamins and nutritional source of natural antioxidants, plus the recent demand for feedstock for biodiesel production. Overwhelmingly, undergo some type of processing before being used for human consumption. Moreover, derived from vegetable oils such as fatty acids, fatty esters, trigacylglycerols, diacylglycerols and monoacylglycerols are important oleochemicals, application in the food and chemical industries. In this context, knowledge and description of the behavior of thermophysical properties of fatty due to different processing variables compounds may be of great practical utility. However, experimental data for these properties in the open literature are scarce. In the case of the boiling temperature of partial acylglcerols (mono- and diacylglycerols), the database of experimental data consists of only six values for six different monoacylglycerols at 0.13 kPa. As for the tocopherols, an open literature monolog shows a graph of vapor pressure (0.004 kPa up to 0.5 kPa) versus temperature (453 K up to 533 K). No data could be found for the different tocopherols (?-, ?-, ?- and ?-). Thus, in this work we determine the boiling temperatures four partial acylglycerols, monocaprin, monocaprylin, dicaprin and dicaprylin at low pressures (1.0 kPa up to 13.2 kPa) and ?-, ?-, ?- and ?- tocopherols 1.1 kPa, using the technique of differential scanning calorimetry, which is very suitable for compounds that are susceptible to thermal and oxidative degradation, and quite expensive (samples in the order of milligrams). For partial acylglycerols, parameters of Clapeyron, Antoine and DIPPR (Design Institute for Physical Properties) equations were adjusted. In the case of DIPPR equation, were included in the regression values estimated by the group contribution method of Marrero and Gani to the normal boiling point and critical point. The enthalpy of vaporization was estimated using the Clausius-Clapeyron relation with the inclusion of a correction term for deviations at higher pressures. As for the class of tocopherols a DIPPR equation was adjusted for vapor pressure and derived for the enthalpy vaporization / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

A presente dissertação trata de um estudo teórico-experimental sobre escoamento monofásico e bifásico no interior de tubos com fitas retorcidas. Esta técnica tem sido utilizada há várias décadas para a intensificação de troca de calor para escoamento monofásico e evaporação convectiva no interior de tubos. No entanto, com sua utilização, o aumento do coeficiente de troca de calor é acompanhado pelo incremento da perda de pressão. Portanto a compreensão dos fenômenos relacionados aos incrementos da perda de pressão e troca de calor são fundamentais para engenheiros projetistas. Neste estudo, inicialmente, é apresentada uma extensa revisão bibliográfica sobre padrões de escoamento, modelos para estimativa de fração de vazio e metodologias para previsão da perda de pressão em tubos com e sem fitas retorcidas para escoamentos bifásicos e monofásicos. Foram realizados experimentos em bancada experimental utilizando seção de testes com diâmetro interno de 15,9 mm e dois metros de comprimento com fitas apresentando razões de retorcimento de 3, 4, 9, 14 e , a última correspondente ao tubo sem inserto. Os experimentos foram executados para o refrigerante R134a, velocidades mássicas entre 75 e 250 kg/m²s, e títulos de vapor entre 5 e 95% no caso de escoamentos bifásicos. Resultados foram levantados para velocidades mássicas entre 100 e 450 kg/m²s para escoamentos monofásicos. Durante os ensaios foram levantados resultados de perda de pressão e identificados subjetivamente os respectivos padrões de escoamento. Como resultado final deste estudo é proposta uma correlação para previsão da perda de pressão durante o escoamento no interior de tubos com fitas retorcidas. / A theoretical and experimental study on single and two-phase flow inside tubes with twisted tapes inserts is presented. Twisted tape inserts have been used for decades as a technique of heat transfer enhancement. However, their heat transfer enhancement is accompanied by an increase of the pressure drop. Therefore, understanding the pressure drop and heat transfer mechanisms is fundamental for heat exchanger designers in order to optimize these devices when using twisted-tape inserts. Based on these aspects the present study concerns single and two-phase flows inside tubes with twisted tapes. Experiments were performed in an experimental apparatus for a 15.9 mm ID and twisted tape with twist ratios of 3, 4, 9, 14 and , the last one corresponding to a plain tube without tape. For two-phase flow, experiments were conducted for R134a, mass velocities from 75 to 250 kg/m²s and vapor qualities from 5 to 95%. In case of single-phase flow, experiments were performed for mass velocities from 100 to 450 kg/m²s. The experimental campaign was focused on pressure drop and flow pattern subjective identification. Additionally an extensive literature review on flow patterns, superficial void fraction, and methodologies for prediction of the pressure drop in plain tubes with and without twisted-tape inserts during single and two-phase flow is presented. As final result, a correlation for prediction of pressure drop during flow inside tubes with twisted tape inserts is proposed.

Apresenta um estudo teórico-experimental da ebulição convectiva do fluido refrigerante R-134a no interior de tubos lisos. Os parâmetros físicos disponíveis para medida foram: pressão, temperatura, vazão de refrigerante e potência de aquecimento, os quais, juntamente com o registro fotográfico, foram utilizados para caracterizar os padrões de escoamento e as transições, investigando-se os efeitos do diâmetro do tubo, da velocidade mássica e do fluxo de calor sobre a perda de pressão e a transferência de calor. Os principais padrões de escoamento visualizados foram: o intermitente, o anular e o estratificado, nos quais constatou-se que, as transições são governadas, principalmente, pelos efeitos da velocidade mássica e do diâmetro do tubo. Dentre estes padrões de escoamento, o anular e o estratificado foram modelados analiticamente. O modelo para o escoamento anular foi utilizado na obtenção de correlações para o fator de atrito interfacial e para espessura do filme de líquido. O modelo para o escoamento estratificado foi dividido em duas partes, uma destinada a obter a configuração da interface, a qual se mostrou côncava e a outra destinada à determinação dos fatores de atrito líquido-parede e interfacial os quais foram correlacionados / The research reports a theoretical and experimental study of convective boiling of refrigerant R-134a in smooth tubes. Tests have been carried out to measure the following physical parameters at the test section: mass flow rate, pressure and pressure drop, refrigerant and surface temperatures and the electrical power. In addition to these parameters, a photographic study has been carried out from pictures taken at the test section exit in order to determine the flow regimes that intervene under the imposed operating conditions. Effects over the pressure drop and heat transfer of the mass flow rate, heat flux, quality, and tube diameter have been investigated. Three flow regimes have been found: the intermitent, the stratified and the annular. Flow regime transitions are apparently governed by the mass velocity and tube diameter. The annular and the stratified flow regimes have been semi-empirically modeled using a mechanistic approach. The annular flow model has been applied to develop correlations for two important physical parameters: the interfacial friction factor and the film thickness. Through the stratified model, the shape of the interface has been evaluated along with correlations for the liquid to wall and interface friction factors