The main purpose of the present study were to produce and characterize calcium phosphates, specially hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) and B-tricalcium phosphate (Ca3(PO4)2), with hierarchical pore arrangement obtained through a new synthesis process using just biocompatible precursors. IUPAC- International Union of Pure and Applied Chemistry classifies the pores in terms of the cavities diameters in mesopores (2 nm <o <50 nm) and macropores (o> 50 nm). The main objectives were twofold. The first was the template development using a surfactant, cetyltrimethyl ammonium bromide (C16TAB), and gelatinized corn starch to obtain a hierarchical arrangement of pores form meso to macropores. The second aspect was the production of hydroxyapatite doped with Eu3+ for drug delivery systems equipped with luminescent probes. For this purpose, pure samples and calcium phosphatedoped samples with 6 mol% of Eu3+ were produced with C16TAB and / or corn starch. The following experimental characterization techniques were employed: X-ray diffraction (XRD), X-ray absorption fine structure (XAFS), scanning electron microscopy (SEM), Small angle Xray scattering (SAXS) and the Ultralow angles X-ray scattering (USAXS), photoluminescence and cytotoxicity test. XRD revealed that the solutions drip order and the type of organic template promotes variations in the crystallites dimensions and induces the appearance of B- Ca2(P2O7), a-Ca2(P2O7) and carbonated calcium phosphate phases with of the main B-TCP phase. XAFS technique showed that the Eu3+ incorporation occurred preferentially in the Ca(1) sites of HAP. The luminescence results also revealed that the symmetry of the Eu3+ ion is affected by solutions drip order and the presence of C16TAB solution in the reactive medium. The hierarchical arrangement of pores was evaluated by SAXS / USAXS and SEM analysis. The results indicated that only C16TAB was not able to induce proses, whereas the samples produced with combination of corn starch and C16TAB presented meso and macropores structures. In vitro cytotoxicity tests revealed excellent biocompatibility of our calcium phosphate porous systems. / O presente estudo tem como foco a caracterização dos fosfatos de cálcio, em especial a hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2) e B-tricálcio fosfato (Ca3(PO4)2), com hierarquia de poros obtidos através de um novo processo de síntese usando precursores biocompatíveis. Em estruturas inorgânicas, a IUPAC- International Union of Pure and Applied Chemistry classifica os poros em termos dos diâmetros em mesoporos (2 nm < o < 50 nm) e macroporos (o >50 nm). Os objetivos propostos na tese envolvem dois aspectos, o primeiro relacionado com o desenvolvimento de um molde orgânico constituído por dois compostos: surfactante Brometo de Cetiltrimetilamônio (C16TAB) e amido de milho gelatinizado para formação de estruturas com hierarquia de porosidade de meso e macroporos. O segundo aspecto é em relação a produção de hidroxiapatita dopada com Eu3+ para uso em sistemas porosos de liberação de fármacos dotados de sonda luminescente. Para tanto, foram preparadas amostras de hidroxiapatitas e B-tricálcio fosfato dopadas com 6 mol% de Eu3+ sintetizadas na presença do C16TAB e/ou amido de milho. Foram empregadas as seguintes técnicas de caracterização: a difração de raios X (XRD), estrutura fina de absorção de raios X (XAFS), microscopia eletrônica de varredura (SEM), espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS) e a ultra baixos ângulos (USAXS), espectroscopia de fotoluminescência e testes de citotoxicidade. Dos resultados de XRD foi constatado que a ordem de gotejamento das soluções de partida e o tipo de molde orgânico empregado promove variações nas dimensões dos cristalitos dos fosfatos de cálcio e surgimento de fases B-Ca2(P2O7), a-Ca2(P2O7) e fosfatos de cálcio carbonatados junto com a fase cristalina do B-TCP. Na investigação por XAFS foi avaliado a simetria local de incorporação do Eu3+ na estrutura da hidroxiapatita. Os resultados revelam que a incorporação de Eu3+ se dá em maior escala em sítios de Ca(1) do que no de Ca(2). Os resultados de fotoluminescência também revelaram que a simetria do íon Eu3+ é afetada pela ordem de gotejamento das soluções de partida e pela presença do C16TAB no meio reativo. Em relação a formação de arranjos com hierarquia de porosidade os resultados de SAXS/USAXS e SEM indicaram que o molde constituído por C16TAB não formaram poros, enquanto que as amostras com molde da combinação entre amido de milho e C16TAB apresentaram estruturas de meso e macroporos. Testes de citotoxicidade in vitro revelaram que os sistemas de fosfatos de cálcio porosos desenvolvidos não são tóxicos.

Orientador: Rosângela Barros Zanoni Lopes Moreno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-23T09:28:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BonillaSanabria_FabianCamilo_M.pdf: 7814055 bytes, checksum: 6037ae62c4e94a0903183711290b83a9 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os surfactantes são utilizados para diferentes propósitos na indústria do petróleo. As formulações de recuperação avançada utilizando surfactantes são aplicadas visando incrementar o fator de recuperação em reservatórios de óleo, tanto na etapa de recuperação secundária como na etapa terciária. Através de poços injetores, os volumes requeridos de uma solução aquosa com uma concentração definida de surfactante são introduzidos no reservatório para induzir à geração de um novo banco de óleo móvel por meio da diminuição da tensão interfacial água-óleo. Tensões interfaciais ultra baixas são obtidas e, consequentemente, o número capilar e a recuperação de óleo são incrementados. A eficiência do processo de deslocamento é influenciada por várias características das soluções de surfactantes, incluindo o comportamento de fases, a tensão interfacial, a concentração de eletrólitos em solução (salinidade) e a adsorção à superfície sólida da rocha. Assim sendo, um projeto de injeção de surfactantes deve ser planejado adequadamente para a obtenção do melhor cenário para a implementação da técnica. Este trabalho mostra um processo metodológico para identificar e avaliar formulações de surfactantes a serem aplicadas como método de recuperação química. Três surfactantes aniônicos e dois surfactantes não-iônicos foram selecionados da literatura para a análise experimental: Dodecil Sulfato de Sódio (SDS), Dodecil Sulfato de Amônio (ADS), Lauriléter Sulfato de Sódio (SLES), Monolaurato de sorbitano (SPAN-20) e o Polisorbato-20 (TWEEN-20). Álcool isopropílico foi utilizado como cosurfactante e poliacrilamida parcialmente hidrolisada (HPAM) foi empregada na solução polimérica usada para deslocar o banco de óleo formado e corroborar com a avaliação das formulações de surfactante. Inicialmente, utilizando-se tensiometria ótica, foram feitas medições de tensão superficial das soluções de surfactante para identificar a Concentração Micelar Crítica (CMC) característica de cada surfactante. A partir dos resultados de tensão interfacial obtidos e seguindo-se com o processo metodológico, foram selecionadas as formulações a serem analisadas nos Testes de Comportamento de Fases. Estes testes foram conduzidos com diferentes formulações de surfactante e uma mistura de óleo de campo e querosene. As soluções aquosas e o óleo foram colocados em pipetas de 5 ml para a análise do comportamento das formulações de surfactante em uma dada faixa de salinidade. Entre as formulações analisadas, algumas foram selecionadas para a avaliação da recuperação avançada de óleo através de testes de deslocamento. Estes testes foram conduzidos em amostras de arenito de alta permeabilidade provenientes da formação Botucatu. Uma vez que nesses arenitos, o fenômeno de histerese pode ser negligenciado, é possível conduzir um processo de injeção de água convencional (embebição) seguido de um processo de injeção de óleo (drenagem) visando restaurar as saturações dos fluidos no meio poroso próximas daquelas obtidas no processo da saturação inicial. Finalmente, a eficiência do método de recuperação melhorada é determinada injetando-se um banco de uma formulação de surfactante de tamanho definido. O banco de surfactante é deslocado ao longo do meio poroso utilizando soluções poliméricas e/ou água. Os resultados sugerem que os surfactantes podem ser utilizados com os requerimentos técnicos para a aplicação como método de recuperação avançada em reservatórios de arenitos / Abstract: Surfactants have been used for many purposes in petroleum industry. EOR surfactants formulations are applied for increasing the recovery factor in oil reservoirs as both secondary and tertiary techniques. By injector wells, required volumes are introduced into the reservoir with surfactant formulations for developing a new stabilized oil bank via ultralow interfacial tension between oil and water phases. Ultralow Interfacial tensions are obtained and, consequently, capillary number and oil recovery are increased. There are several surfactants characteristics involved with the efficiency of the process including phase behavior, IFT (Interfacial Tension), electrolyte concentration and rock solid adsorption. Therefore, it's necessary to design properly the project to obtain the best scenario for implementing the technique. This research work shows an applied methodological process for screening, designing and testing surfactant formulations on reservoir sandstones. Three commercial anionic surfactants and two commercial non-ionic surfactants were selected from literature for experimental analysis: Sodium dodecyl sulfate (SDS), Ammonium dodecyl sulfate, Sodium laureth sulfate (SLES), Sorbitan Monolaurate (SPAN-20) and Polysorbate-20 (TWEEN-20). Isopropyl alcohol (2-propanol) was also used as co-surfactant for testing the surfactant formulations. Initially, it was performed surface tensions measurements to identify the critical micellar concentration (CMC) characteristic of each surfactant, using a pendant drop tensiometer. After determining interfacial tensions (IFT), some of the tested formulations were selected for conducting phase behavior tests with field oil and kerosene mixture. Phase behavior tests were conducted by adding brine solutions and crude oil in 5 ml pipettes to analyze the performance of the chemical formulations over a range of salinities. Again, some selected surfactant formulations were tested for enhanced oil recovery using coreflood tests in high permeability Botucatu Formation samples. Since hysteresis phenomena are not significant on these sandstone cores, it's possible to perform a waterflooding followed by another drainage process for returning the porous media saturations close to the initial values. Subsequently, Enhanced Oil recovery is determined by injecting a slug of the surfactant formulation followed by brine, in a new imbibition process. The results suggest that surfactants can be used according technical requirements for their application in sandstones reservoirs as enhanced oil recovery technique / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientadores: Maria Helena Robert, Antonio Celso Fonseca de Arruda. / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:29:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jorge_AlexandreFonseca_D.pdf: 74832769 bytes, checksum: c12f3ee63d8a19711176184c5a9ee729 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo estudar o processo de produção de esponjas metálicas e compósitos de baixa densidade por tixoinfiltracao. A liga metálica AA7075 foi submetida a uma analise de tixohabilidade, na qual foi observada sua adequação ao processo e foi definida a temperatura de trabalho para a infiltração. A produção das amostras consistiu em infiltrar a pasta tixotropica da liga AA7075 sobre bloqueadores removíveis (partículas de NaCl), para a produção das esponjas, e sobre bloqueadores não-removíveis de materiais cerâmicos porosos (vermiculita e cinasita), para a produção dos compósitos. Todas as esponjas metálicas e compósitos produzidos foram caracterizados quanto a sua arquitetura interna, propriedades físicas, térmicas e mecânicas. Os resultados mostraram em todos os casos uma boa qualidade geral dos produtos e uma boa repetibilidade do processo. O comportamento de todos os materiais produzidos em compressão estática ou dinâmica se mostrou próximo do comportamento típico de materiais celulares, com grande platô de deformação plástica ocorrendo com valores relativamente baixos de tensão. A analise das curvas obtidas nos ensaios de compressão semi-estática e compressão dinâmica, em conjunto com imagens de amostras parcialmente comprimidas, forneceu informações sobre os prováveis mecanismos de deformação envolvidos, incluindo o papel dos materiais de reforço. Adicionalmente, foi proposto um equacionamento para a condutividade térmica, dos compósitos, cujos resultados se mostraram satisfatoriamente correlacionados com os experimentais / Abstract: This work had the objective to study the process of production of open-cell metallic foams and low-density composites by thixoinfiltration. The AA7075 alloy underwent a thixoability analysis, in which it was observed its adequation to the process, and the working temperature for the infiltration was defined. The samples production consisted in infiltrating the thixotropic slurry of AA7075 alloy into removable space-holders (NaCl particles) for the production of the foams, and into non-removable space-holders of porous ceramic materials (vermiculite and expanded clay) for the production of the composites. All the foams and composites produced were characterized according to their internal architecture, physical, thermal, and mechanical properties. The results in all cases showed a good quality of the products in general, and a good repeatability of the process. The behavior of all the produced materials under semi-static and dynamic compression remained similar to the typical behavior of cellular materials, with a large plastic deformation plateau occurring with relatively low stress levels. The analysis of the obtained curves from the semi-static and dynamic tests, together with images from partially compressed samples, gave information about the possible deformation mechanisms involved, including the role of the reinforcement materials. Furthermore, a calculation for the thermal conductivity of the composites was proposed, with their results satisfactorily correlated to experimental data / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Rosângela Barros Zanoni Lopes Moreno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-20T17:50:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zampieri_MarceloFerreira_M.pdf: 9750588 bytes, checksum: f5ef8cf9e287b3bac73e8d369efd1839 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O desenvolvimento de métodos de recuperação é extremamente importante para a explotação de petróleo e a escolha entre diferentes métodos pode representar grande diferença na análise de oportunidades e no desenvolvimento dos campos. No método convencional por injeção de água objetiva-se a manutenção de pressão do reservatório e a produção do óleo se dá pelo deslocamento mecânico entre os fluidos. O fluido deslocante (água) tende a ocupar gradualmente o espaço do fluido deslocado (óleo), ficando uma parcela de óleo residual, devido aos efeitos capilares. Entretanto, a depender da razão de mobilidade, a saturação de óleo residual só é atingida após a injeção de quantidades muito grandes de água. A adição de polímero à água de injeção tem o objetivo de aumentar a viscosidade da água e melhorar a razão de mobilidade água/óleo, uniformizando assim a frente de avanço, e melhorando a eficiência de varrido. Uma técnica que vem sendo investigada e é propósito deste trabalho é analisar a injeção de bancos alternados de solução polimérica e água em certos intervalos de tempo. Desta forma os bancos surgem como uma alternativa econômica, pois a injeção contínua de solução polimérica é um processo caro. Reservatórios de petróleo candidatos à utilização de polímeros para recuperação devem atender a alguns critérios de seleção. Neste trabalho, foram utilizados testemunhos do Arenito Botucatu, solução salina NaI, óleo de parafina comercial, e solução polimérica à base de poliacrilamida parcialmente hidrolizada (HPAM). Um porta-testemunho especial foi utilizado para a realização dos testes de deslocamento, sendo monitoradas as pressões ao longo da amostra, além de massas e volumes de injeção e de produção dos fluidos durante o tempo. Foram realizados quatro testes para analisar a influência da injeção de água, polímeros e injeção alternada de bancos de água e de polímeros, sendo ao final comparados os resultados para cada condição de teste. Primeiramente todas as amostras foram submetidas à injeção de água e após a re-saturação com óleo, as mesmas foram submetidas às seguintes condições: injeção contínua de solução polimérica no primeiro e terceiro testes; banco de solução polimérica seguido por banco de água no segundo teste; e por último, dois ciclos alternados de polímero e água. Foram encontrados melhores resultados para a utilização de polímeros e de bancos de água e polímeros em relação à injeção de água / Abstract: Developing an efficient methodology for oil recovery is extremely important in this commodity industry, which may indeed lead to wide spread profitability. In a conventional water injection method, oil displacement occurs by mechanical behavior between fluids. Water tends to take up oil space, gradually leaving a portion of residual oil due to capillary effect. Nevertheless, depending on mobility ratio, a huge quantity of injected water is necessary. Polymer solution injection aims at increasing water viscosity and improving the oil/water mobility ratio, thus smoothing advance front and improving sweep efficiency. A new technique which has been investigated and is also the subject of this investigation is Polymer Alternate Water Injection at specific intervals of time and sequence. By doing so, the bank serves as an economic alternative, since injecting polymer solution is an expensive process. When considering polymer recovery technology, petroleum reservoir candidates should exercise screening criteria. Experiments presented here were conducted using core samples of sandstones and NaI saline solutions, paraffin oil, and HPAM solutions (partially hydrolyzed polyacrylamide). The injections were performed through a core-holder with pressure monitoring along the sample, collecting mass and volumes of injected and produced fluids over time. Four experiments were conducted in order to compare continuous water injection, continuous polymer injection and polymer alternate water injection. Primarily every core sample was submitted to continuous water injection. After oil re-saturation, tests included the following injection conditions: continuous polymer injection in the first and third test; polymer bank followed by a water bank in the second test; and in the fourth test, two cycles of polymer alternate water. By comparing normalized results for each condition, it was possible to reach favorable results for polymer alternate water solution methodology, demonstrating the positive benefits of the method applied / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Materiais mesoporosos ordenados tipo SBA-15 possuem uma rede de canais e poros de tamanho bem definido na escala nanométrica. Essa arquitetura particular de poros torna esses materiais viáveis para encapsular uma variedade de compostos na matriz da sílica, resultando em um material promissor para uma gama de aplicações. Esses materiais, quando contêm óxidos de metais de transição, especialmente nanopartículas de óxido de ferro magnéticas, podem ser usados para algumas aplicações in vivo, tais como no aumento do contraste em imagens por ressonância magnética nuclear, reparo de tecidos, imunoensaio, hypertermia, e liberação de fármacos. Nesse trabalho, nanopartículas magnéticas encapsuladas em sílica mesoporosa foram preparados em duas etapas. Primeiro a magnetita foi sintetizada pelo método de oxidação-precipitação a partir de uma solução de sulfato de ferro, hidróxido de potássio e nitrato de potássio. Em seguida, as nanopartículas magnéticas foram revestidas com sílica mesoporosa pelo uso de um surfactante não-iônico copolímero em blocos como agente direcionador da estrutura. A caracterização dos materiais foi feita por difração de raios X, adsorção de gases, infravermelho, espectroscopia Mössbauer, espectrometria de energia dispersiva (EDS), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) e medidas magnéticas. Os resultados revelaram uma estrutura bem ordenada de mesoporos do nanocompósito, sugerindo que a mesma pode ser descrita como mesoporos hexagonais separados por uma parede de sílica contínua, formando uma camada de revestimento sobre as nanopartículas magnéticas. Dos dados de difração de raios X, foi obtido o tamanho médio das partículas de magnetita, que foi de 38 nm. A espectroscpia Mössbauer mostrou que a magnetita é preservada na rota de síntese. Os dados de XPS aliados aos de TEM mostraram que a rede de sílica recobre as partículas de magnetita, formando um nanocompósito com tamanho médio de grãos de 138 nm. Por fim, foi feito o estudo da influência dessas partículas magnéticas na cinética de liberação de três fármacos-modelo: cisplatina, carboplatina e atenolol sob condições in vitro. A liberação foi estudada na ausência e na presença de um campo magnético externo, utilizando para tanto um magneto NdFeB de 0,25 T. A análise foi feita por estudos de mecanismos cinéticos e de modelos de difusão, revelando que o campo externo influencia pouco no processo de liberação dos fármacos. Ao considerar que as nanopartículas estão presas na estrutura, esse resultado é coerente. Então, foi feito um teste para verificar a influência de um campo alternado no perfil de liberação, que mostrou um resultado mais significativo para a liberação de cisplatina. Para explicar esse fato, foi proposto então um modelo de interação entre a mesma e o nanocompósito. / Ordered mesoporous materials like SBA-15 posses a network of channels and pores of well-defined size in the nanoscale range. This particular pore architecture makes them suitable for hosting a broad variety of compounds into the silica matrix, resulting in very promising material for a broad range of applications, including magnetic carriers for drug delivery. In this work, magnetic nanocomposites embedded into mesoporous silica were prepared in two steps. Firstly, magnetite was synthesized by oxidation-precipitation method from a solution of iron sulfate, potassium nitrate and potassium hydroxide. After this, the magnetic nanoparticles were coated with mesoporous silica by using nonionic block copolymer surfactants as structure-directing agents. Characterization of the materials was carried out by using X-ray diffraction (XRD), 57Fe Mössbauer spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), N2 adsorption, energy dispersive spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), XRay Photoeletron Spectroscopy (XPS) and magnetic measures. Our results revealed a wellordered mesopore structure of the nanocomposite, suggesting that the samples structure can be described as a honeycomb of hexagonal mesopores separated by continuous silica walls and the coating layer is distributed over the magnetic nanoparticles. The average size of magnetite particles obtained by XRD data was about 38 nm. Mössbauer spectroscopy showed that magnetite is preserved in the applied synthesis route. Both XPS data and TEM had shown that the silica recovers magnetite particles, forming a composite with particle sizeof 138 nm. Finally, the influence of these magnetic particles in the release kinetic was studied using drugs like cisplatin, carboplatin and atenolol; this study was made under in vitro conditions. The release was studied in absence and presence of a external magnetic field, using a NdFeB permanent magnet of 0,25 T. The kinetic mechanisms and diffusion models were investigated by the external field, and the results had showed a small influence of this parameter on the process of drug release. Considering that nanoparticles are coated by mesoporous silica, this result is expected. Then, a test was made to verify the influence of an oscillating field in the release profile and the results showed a more significant delivery for cisplatin. To explain this fact, an interaction model between this drug and the nanocomposite was proposed.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Apresentacao.pdf: 260390 bytes, checksum: 1bc9756e919b0969a6e6dfc3777f7aad (MD5) Previous issue date: 2006-08-02 / Neste trabalho propomos uma nova formulação micromecânica para descrever escoamentos monofásicos em meios porosos viscoelásticos. Na abordagem proposta consideramos o meio poroso por dois níveis de porosidade (micro e macroporos), onde os efeitos de relaxação e fluência da matriz porosa são advindos da drenagem secundária do fluido residente nos microporos. A derivação do modelo macroscópico é obtida via técnicas de homogeneização de estruturas periódicas aplicadas à mudança a partir do modelo micromecânico composto por uma matriz poroelástica circundada por uma rede conexa de macroporos. Neste contexto o nosso principal resultado consiste na conjugação do modelo de suas escalas com a análise assintótica da formulação variacional do problema micromecânico posto no domínio da célula unitária periódica. Mostramos que esta combinação de técnicas fornece o decaimento dos núcleos de convolução das equações constitutivas homogeneizadas para as tensões efetivas da fase sólida e para a porosidade viscosa além de estabelecer a dependência constitutiva para o tempo de relaxação do processo de compactação secundária da matriz. Simulações numéricas são obtidas descretizando os problemas de célila locais via métoco de elementos finitos e ilustram as taxas de decaimento obtidas na análise

O escopo deste trabalho ée avaliar o efeito da cablagem na modelagem da distribuição de temperatura em equipamentos eletrônicos em racks de aeronaves através do uso de CFD (Computacional Fluid Dynamic). Para alcançar este objetivo, o estudo se concentra na simulação de quatro casos. Os casos padrão e sem ventilação que não consideram o efeito da cablagem. Os casos de velocidade constante e de pressão constante na entrada empregam o efeito do meio poroso. A cablagem ée modelada como um meio poroso, ou seja, um termo fonte ée adicionado nas equações da continuidade, de quantidade de movimento e de energia. O modelo de turbulência escolhido para a simulação ée o k- padrão por ser utilizado freqüentemente em escoamentos turbulentos semelhantes ao caso em estudo, além de reduzir esforços computacionais se comparado ao modelo das tensões de Reynolds ou o LES (Large Eddy Simulation). Uma malha de 93503 elementos ée gerada para a simulação. A partir das temperaturas experimentais, os fluxos de calor de cada equipamento são calculados e empregados como parâmetros de entrada para cada caso. O caso padrão e sem cablagem mostra o escoamento e a distribuição de temperaturas preliminares. O caso sem ventilação e sem cablagem, isto é, em uma condição sem entrada de ar condicionado indica que o efeito da convecção natural ée importante na distribuição de temperatura dos equipamentos. Dentro do caso de velocidade constante, o efeito do meio poroso ée verificado através do cálculo de diversos termos fonte, sendo que o aumento da pressão não afeta a distribuição de temperatura no interior do rack. No último caso, ou seja, de pressão constante com cablagem, diversos termos fontes são empregados e verifica-se que o aumento de velocidade na entrada modifica a distribuição de temperatura nos componentes. A existência de uma velocidade ótima foi notada, ou seja, um acréscimo na velocidade do escoamento na entrada do rack não altera mais a distribuição de temperatura dos equipamentos eletrônicos.

Apesar de sua familiaridade e simplicidade, a água apresenta um conjunto propriedades termodinâmicas, dinâmicas e estruturais que são ainda objeto de intensa pesquisa. O aumento da densidade com a temperatura, da difusão com a densidade, ou ainda do ordenamento com a temperatura são exemplos de alguns de seus comportamentos não usuais. Com a finalidade de melhor compreender tais propriedades inúmeras abordagens têm sido utilizadas, tais como o uso geometrias de confinamento, modelos simplificados ou até mesmo misturas. Dentre as geometrias confinantes frequentemente usadas, encontra-se, nanoporos, placas paralelas e meio porosos. Os meios porosos são formados por obstáculos fixos que impõem efeitos de volume excluído adicionais ao sistema. Já no caso de misturas quando elas ocorrem entre líquidos capazes de formar ligações de hidrogênio, o comportamento não usual da água dá origem a um conjunto ainda maior de propriedades anômalas. A mistura água-metanol por exemplo, é munida de um conjunto propriedades de excesso incapazes de serem descritas pelas teorias usuais. São alguns exemplos, o máximo no calor específico e o mínimo no volume e entalpia de excesso. Neste projeto de doutoramento, nós estudamos por simulações numericas o confinamento por meio poroso (desordem queched) e misturas de água com solutos interagentes. O primeiro estudo é realizado usando um modelo 2D tipo-água que é largamente conhecido na literatura. No segundo estágio, estamos a influência de solutos interagentes nas propriedades de modelos em rede e contínuos. Para o modelo em rede, nós desenvolvemos um modelo de soluto e posteriormente uma técnica capaz de simular misturas de modelos em rede a pressão constante. De posse desta técnica estudamos as propriedades de excesso da mistura. / Although the familiarity and simplicity, the water show a set of thermodynamic, dynamics and structural properties which are still subject to intense research. The increase of density as the temperature, of diffusion as the density, or even of ordering with the temperature are examples of some of its unusual behavior. In order to better understand these properties numerous approaches have been used, such as the use of confinement geometries, simplified models, or ever mixtures. Among the confinement geometries used, are those, nanopores, parallel plates and porous media. The porous media are formed by fixed obstacles that impose the additional excluded volume effects to the system. In the case of mixtures, when they occur between liquids able to form hydrogen-bonds, the unusual behavior of water give rise to a set even higher anomalous properties. The water-methanol mixture, for example, has a set of excess properties unable to be described by usual theories. Some examples are the maximum in the specific heat and minimum in excess volume and enthalpy. In this Ph.D. project, we study by numerical simulations, the confinement of water by porous media(or under quenched disorder) and the mixture of water with interacting solutes. The first study is performed using a 2D lattice model which is widely known in the literature. In a second stage, we study the influence of interacting solutes on the properties of lattice and continuous models. For the lattice model, we develop a solute model and a technique to simulate mixtures of lattice models at constant pressure. Using this technique, we study the excess properties of the mixture. For the continuous model we study the influence of a dimeric solute on the TMD of a water-like model and posteriorly we study the excess properties of this type of mixture.

Apesar de sua familiaridade e simplicidade, a água apresenta um conjunto propriedades termodinâmicas, dinâmicas e estruturais que são ainda objeto de intensa pesquisa. O aumento da densidade com a temperatura, da difusão com a densidade, ou ainda do ordenamento com a temperatura são exemplos de alguns de seus comportamentos não usuais. Com a finalidade de melhor compreender tais propriedades inúmeras abordagens têm sido utilizadas, tais como o uso geometrias de confinamento, modelos simplificados ou até mesmo misturas. Dentre as geometrias confinantes frequentemente usadas, encontra-se, nanoporos, placas paralelas e meio porosos. Os meios porosos são formados por obstáculos fixos que impõem efeitos de volume excluído adicionais ao sistema. Já no caso de misturas quando elas ocorrem entre líquidos capazes de formar ligações de hidrogênio, o comportamento não usual da água dá origem a um conjunto ainda maior de propriedades anômalas. A mistura água-metanol por exemplo, é munida de um conjunto propriedades de excesso incapazes de serem descritas pelas teorias usuais. São alguns exemplos, o máximo no calor específico e o mínimo no volume e entalpia de excesso. Neste projeto de doutoramento, nós estudamos por simulações numericas o confinamento por meio poroso (desordem queched) e misturas de água com solutos interagentes. O primeiro estudo é realizado usando um modelo 2D tipo-água que é largamente conhecido na literatura. No segundo estágio, estamos a influência de solutos interagentes nas propriedades de modelos em rede e contínuos. Para o modelo em rede, nós desenvolvemos um modelo de soluto e posteriormente uma técnica capaz de simular misturas de modelos em rede a pressão constante. De posse desta técnica estudamos as propriedades de excesso da mistura. / Although the familiarity and simplicity, the water show a set of thermodynamic, dynamics and structural properties which are still subject to intense research. The increase of density as the temperature, of diffusion as the density, or even of ordering with the temperature are examples of some of its unusual behavior. In order to better understand these properties numerous approaches have been used, such as the use of confinement geometries, simplified models, or ever mixtures. Among the confinement geometries used, are those, nanopores, parallel plates and porous media. The porous media are formed by fixed obstacles that impose the additional excluded volume effects to the system. In the case of mixtures, when they occur between liquids able to form hydrogen-bonds, the unusual behavior of water give rise to a set even higher anomalous properties. The water-methanol mixture, for example, has a set of excess properties unable to be described by usual theories. Some examples are the maximum in the specific heat and minimum in excess volume and enthalpy. In this Ph.D. project, we study by numerical simulations, the confinement of water by porous media(or under quenched disorder) and the mixture of water with interacting solutes. The first study is performed using a 2D lattice model which is widely known in the literature. In a second stage, we study the influence of interacting solutes on the properties of lattice and continuous models. For the lattice model, we develop a solute model and a technique to simulate mixtures of lattice models at constant pressure. Using this technique, we study the excess properties of the mixture. For the continuous model we study the influence of a dimeric solute on the TMD of a water-like model and posteriorly we study the excess properties of this type of mixture.

No presente trabalho é apresentada a modelagem e solução numérica da convecção mista em cavidade aquecida por baixo com o topo deslizante, preenchida com meio poroso heterogêneo e homogêneo. Na abordagem heterogênea, o domínio do sólido é representado por blocos condutores de calor igualmente espaçados; a fase fluido circunda os blocos, limitada pelas paredes da cavidade. A abordagem homogênea ou poro-contínua é caracterizada através da porosidade e da permeabilidade da cavidade. As equações de conservação da massa, quantidade de movimento e energia são obtidas, adimensionalizadas e generalizadas de modo a representarem tanto o modelo contínuo quanto o poro-contínuo. A solução numérica é obtida através do método dos volumes finitos. As equações são discretizadas via esquema QUICK e é utilizado o algoritmo SIMPLE para o acoplamento pressão - velocidade. Visando o regime laminar, os parâmetros do escoamento são mantidos no intervalo de 102≤Re≤103 e 103≤Ra≤106 tanto para a abordagem heterogênea, quanto para a homogênea. Nas configurações testadas para o modelo contínuo, 9, 16, 36 e 64 blocos são considerados para cada combinação de Re e Ra e a porosidade microscópica é mantida constante φ=0,64 . No modelo poro-contínuo o número de Darcy (Da) é definido em função do número de blocos da cavidade heterogênea e da porosidade φ. Resultados numéricos do estudo comparativo entre a abordagem microscópica e a macroscópica são apresentados. Como resultado, correlações para o Nusselt médio para os modelos contínuo e poro-contínuo são obtidas em função do Ra modificado para cada Re. / In this work is presented mixed convection heat transfer inside a lid-driven cavity heated from below and filled with heterogeneous and homogeneous porous medium. In the heterogeneous approach, the solid domain is represented by heat conductive equally spaced blocks; the fluid phase surrounds the blocks being limited by the cavity walls. The homogeneous or pore-continuum approach is characterized by the cavity porosity and permeability. Generalized mass, momentum and energy conservation equations are obtained in dimensionless form to represent both the continuum and the pore-continuum models. The numerical solution is obtained via the finite volume method. QUICK interpolation scheme is set for numerical treatment of the advection terms and SIMPLE algorithm is applied for pressure-velocity coupling. Aiming the laminar regime, the flow parameters are kept in the range of 102≤Re≤103 and 103≤Ra≤106 for both the heterogeneous and homogeneous approaches. In the tested configurations for the continuous model, 9, 16, 36, and 64 blocks are considered for each combination of Re and Ra being the microscopic porosity set as constant φ=0,64 . For the pore-continuum model the Darcy number (Da) is set according to the number of blocks in the heterogeneous cavity and the φ. Numerical results of the comparative study between the microscopic and macroscopic approaches are presented. As a result, average Nusselt number equations for the continuum and the pore continuum models as a function of Ra and Re are obtained.