Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:35:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 210237.pdf: 2378596 bytes, checksum: 32539886413115050ea528b12e9de583 (MD5) / O aumento do custo de geração de energia elétrica e o aumento nas restrições ambientais contra os sistemas energéticos com combustíveis fósseis têm fortalecido a pesquisa de sistemas de condicionamento de ar e refrigeração que utilizam o recurso solar como fonte alternativa de energia.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-12-05T19:00:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 1078

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:22:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 320904.pdf: 2393259 bytes, checksum: a88793fb95aae608e52eefd2563866e1 (MD5) Previous issue date: 2013 / A técnica de polimerização em miniemulsão apresenta como principal vantagem o mecanismo de nucleação das gotas submicrométricas, o que permite a obtenção de látexes ou partículas poliméricas diferenciadas. Apesar de sua vasta utilização, a polimerização em miniemulsão apresenta um mecanismo de reação bastante complexo, de forma que poucos trabalhos relatam a modelagem matemática deste sistema na literatura. Neste trabalho foi desenvolvido um modelo matemático para descrever reações de polimerização em miniemulsão com iniciador organossolúvel. O modelo, que incluiu uma descrição detalhada da entrada e saída de radicais das partículas, foi validado com resultados experimentais e mostrou-se adequado para representar a cinética destas reações e a massa molar dos polímeros obtidos. Após validação, o modelo matemático foi utilizado para simular polimerizações de diferentes monômeros (estireno, metacrilato de metila e acrilato de butila) para uma ampla faixa de diâmetros de partícula, com o objetivo de avaliar o efeito da compartimentalização dos radicais nestas reações. Observou-se uma diminuição da velocidade da reação de polimerização com o aumento do tamanho de partícula, até aproximar-se da cinética de uma polimerização em massa. Obteve-se também a diminuição da massa molar dos polímeros obtidos ao final destas reações com o aumento do tamanho das partículas. Os resultados mostraram que o diâmetro de partícula limite, a partir do qual não há mais variação na velocidade da reação, varia com o tipo de monômero usado e com as condições reacionais, como concentração de iniciador e temperatura. Também foram avaliadas as duas teorias encontradas na literatura acerca do locus de geração de radicais nas reações com iniciador organossolúvel. Resultados das simulações mostraram que a quantidade de radicais de iniciador formados na fase aquosa não afeta a cinética da reação e que a geração de radicais isolados dentro das gotas é o mecanismo chave para a nucleação. Para avaliar a aplicabilidade do modelo, reações de polimerização em miniemulsão de metacrilato de metila com incorporação de óleos vegetais (óleo de andiroba, castanha do Pará e linhaça) foram conduzidas e, posteriormente, simuladas. Observou-se variação da taxa da reação em função da quantidade de ligações duplas presente nos óleos utilizados. Estes resultados foram adequadamente reproduzidos pelo modelo, mostrando sua eficiência para a representação e avaliação das reações de polimerização em miniemulsão. <br> / Abstract : The miniemulsion polymerization technique has as major advantage the nucleation mechanism of submicron droplets, which allows for obtainment of different latex or polymer particles. Despite its widespread use, miniemulsion polymerization has a very complex reaction mechanism, so that few papers reporting the mathematical modeling of this system are found in the literature. In this work a mathematical model was developed to describe miniemulsion polymerization reactions using oil-soluble initiator. The model, which included a detailed description of radicals exit from and re-entry into particles, has been validated with experimental results and was suitable to represent the kinetics of these reactions and the molar mass of the obtained polymers. After validation, the mathematical model was used to simulate homopolymerizations of different monomers (styrene, methyl methacrylate and butyl acrylate) with a wide range of particle diameters, in order to evaluate the effect of radical compartmentalization. The reduction of reaction rates was observed with the increase of particle size, until attainment of the kinetics of bulk polymerization. The decrease of molar masses of the polymers produced in these reactions with the increase of particle size was also observed. Results showed that the limiting particle diameter, above which variations of the reaction rates becomes negligible, is a function of the type of monomer and of reaction conditions, including initiator concentration and temperature. The two theories reported in literature regarding the locus of radical generation in miniemulsion polymerization with oil-soluble initiators were also evaluated. Simulation results showed that the amount of initiator radicals formed in the aqueous phase does not affect the reaction kinetics and that generation of single radicals within the droplets is the key mechanism for droplet nucleation. In order to assess the applicability of the model, miniemulsion polymerization reactions of methyl nethacrylate with incorporation of vegetable oils (andiroba, Brazil nut and linseed oil) were conducted and subsequently simulated. It was observed that the reaction rates are functions of the double bonds content in these oils. These results were adequately reproduced by the model, showing its efficiency to represent and evaluate the minimemulsion polymerization reactions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T23:19:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 224672.pdf: 2909445 bytes, checksum: 7c87df10f9bfb8adaa1d98e51fde0390 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-22T04:44:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 204258.pdf: 1972812 bytes, checksum: f2133f2deada68c59f0a45cd8e721e5a (MD5) / Neste trabalho estudamos alguns modelos estatísticos para a água e para soluções de moléculas anfifílicas. Obtivemos as propriedades termodinâmicas do modelo da água quadrada em um campo elétrico externo a partir de cálculos analíticos exatos e de soluções de campo médio, bem como através de simulações de Monte Carlo no ensemble canônico. Observamos o aparecimento de uma transição de fases induzida pelo campo quando a temperatura do sistema tende a zero, e verificamos um máximo no número de pontes de hidrogênio para um valor não nulo do campo externo. Em um outro estudo realizamos cálculos de campo médio em um modelo geométrico para a água em duas dimensões, obtendo o seu diagrama de fases no plano pressão versus temperatura, e a dependência da densidade e do número de pontes de hidrogênio com a temperatura e a pressão do sistema. Também para a água, desenvolvemos um modelo de trímeros interagentes em uma rede triangular, e estimamos suas propriedades termodinâmicas a partir de simulações de Monte Carlo no ensemble multicanônico. Essas simulações forneceram medidas diretas da entropia configuracional do sistema, bem como facilitaram a identificação de transições de fases de primeira ordem entre estados de diferentes densidades. Investigamos também modelos de agregação com propriedades semelhantes àquelas observadas em sistemas micelares. Dois modelos do tipo gás de rede, um com n estados e interações de pares, e outro com interações de pares e tripletos, foram explorados usando-se aproximações de campo médio usual e simulações computacionais. Verificamos que, apesar de sua simplicidade, os modelos apresentam comportamento similar ao de soluções de anfifílicas: a presença de uma concentração micelar crítica, e os mínimo e máximo locais na curva de distribuição de agregados. Por fim, analisamos alguns aspectos dinâmicos da agregação micelar, através da determinação dos tempos característicos de entrada e saída de anfifílicas de agregados (t1), e de formação/dissolução micelar (t2).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Florianópolis, 2004 / Made available in DSpace on 2012-10-22T05:50:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T16:38:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 259877.pdf: 1744176 bytes, checksum: 3f3559c7937c16c6ff8daac03ab0fc51 (MD5) / O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático para a simulação numérica de máquinas Stirling usadas para refrigeração. Ciclos de refrigeração Stirling são encontrados em diversas aplicações como refrigeradores que operam em baixas temperaturas, equipamentos de diagnóstico médico e eletrônica sofisticada (elementos e dispositivos que empregam supercondutividade). No presente trabalho será explorada a utilização de uma máquina Stirling com aplicação em refrigeradores domésticos, como alternativa de substituição dos convencionais compressores herméticos e dos ciclos de compressão a vapor. O modelo explora o comportamento dinâmico do gás de trabalho e avalia o desempenho de alguns de seus principais componentes. O modelo matemático aqui utilizado se baseia em equações da termodinâmica, mecânica dos fluidos, transferência de calor, dinâmica e eletricidade. A meta é a geração de uma ferramenta para auxiliar a compreensão dos fenômenos envolvidos, bem como o projeto de novas máquinas. São apresentadas validações dos resultados obtidos pelo modelo, com resultados experimentais, e comparações com os sistemas de refrigeração usados atualmente. Os resultados numéricos obtidos pelo modelo apresentam consistência com os resultados experimentais. A máquina Stirling atingiu valores de desempenho, obtidos pelo modelo, comparáveis aos sistemas de refrigeração convencionais.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T22:10:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 189809.pdf: 4637366 bytes, checksum: a6569d7f22eee5c0537b7435783f311e (MD5) / Neste trabalho foi desenvolvido um modelo matemático para combustão de carvão pulverizado que considera os principais fenômenos envolvidos na queima de partículas sólidas. Foram resolvidas numericamente equações para: conservação das espécies; energia do gás, das partículas e de todo o escoamento; devolatilização, formação de cinzas; queima do carbono; secagem da partícula e ainda conservação da massa. Também foram resolvidas equações para transferência de calor e massa de pequenas gotas de água injetadas em algum ponto do canal. Um método implícito aplicável a sistemas com alto grau de rigidez foi empregado. A variação na massa específica foi considerada mediante a utilização de uma equação empírica. A transferência de massa de uma fase para outra foi simulada mediante o uso de reações de "troca de massa". Este procedimento tornou o código independente no número de reações e espécies consideradas, bem como das composições do combustível e oxidante. Um mecanismo de reações composto por 500 reações e 88 espécies foi estabelecido e sua influência no processo foi avaliada. A calcinação e a sulfatação foram acopladas ao modelo de combustão, podendo ser avaliadas de maneira simultânea aos demais parâmetros. A interligação entre estes fenômenos pôde então ser estudada. A validação do modelo foi efetuada via comparação com resultados numéricos e experimentais publicados por outros autores, obtendo-se sempre boas concordâncias. A influência da umidade contida nas partículas de carvão também foi analisada. Sua presença favorece a sobreposição entre a devolatilização e a região de combustão heterogênea. As emissões de SO2, CO e NO são drasticamente reduzidas com o incremento da umidade na partícula de carvão, mas a concentração de H2SO é ampliada. O diâmetro das partículas de carvão foi variado e alguns resultados puderam ser estabelecidos. O modelo detectou a presença de grandes quantidades da espécie H2SO, fato ainda não relatado na literatura pesquisada. Temperaturas ideais para sulfatação foram obtidas via injeção de gotas de água à temperatura de 300 K. Equações apropriadas de transferência de calor e massa das gotas foram anexadas ao modelo. Modificando-se a quantidade de água injetada, foi determinada uma relação (consumo de água/consumo de carvão) ideal para a sulfatação. Não um ponto, mas sim uma região ideal para injeção de gotas foi estabelecida. À medida que o ponto de injeção é deslocado para frente no interior do canal, o percentual de captura de SO2 é favorecido. A taxa de captura é incrementada com o aumento da área BET da pedra calcária e de sua fração molar. Contudo, para um dado conjunto de parâmetros existe um limite superior no percentual de captura proporcionado pela temperatura do meio, e conseqüente tendência ao equilíbrio químico.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T11:53:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 203291.pdf: 2909445 bytes, checksum: 7c87df10f9bfb8adaa1d98e51fde0390 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T14:11:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 197183.pdf: 1238559 bytes, checksum: 1d0695f4e7fe233b93091d119d5bbd23 (MD5) / O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma modelagem matemática mais completa para a descrição da vazão em válvulas direcionais proporcionais. O modelo matemático da vazão em uma válvula direcional proporcional é fundamental para o estudo dos sistemas hidráulicos, principalmente àqueles ligados ao controle de posição, força e velocidade de atuadores hidráulicos. Estas formas de controle são bastante empregadas na robótica, siderurgia, indústria, aviação, marinha entre outras. Atualmente, dispõe-se de modelos linearizados que incorporam os efeitos de vazamentos internos, mas não incluem o fator quadrático da pressão, o que traz resultados muito afastados da realidade quando a válvula opera distante do seu ponto central. Nos modelos não lineares, está presente o fator quadrático da pressão mas, por sua vez, não são contemplados os vazamentos internos das válvulas, provocando erros significativos quando o sistema hidráulico está sujeito a cargas maiores. O modelo não linear proposto no presente trabalho é baseado na composição da vazão nos diversos orifícios de controle da válvula, acrescentando os efeitos de vazamentos internos e, para a definição dos parâmetros presentes no modelo, são propostos procedimentos de teste e a correlação com os dados de catálogos técnicos. Assim sendo, apresenta-se uma modelagem matemática não linear mais completa e que permite uma representação mais aproximada dos fenômenos físicos nos projetos hidráulicos.