Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T06:23:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T18:43:00Z : No. of bitstreams: 1 99099.pdf: 2697471 bytes, checksum: bab292e1c20b0c3b64462a4763ad980a (MD5) / O presente trabalho refere-se ao estudo numérico, com validação experimental, do escoamento laminar, incompressível e isotérmico de ar em difusores radiais onde o disco frontal é inclinado. Este estudo tem sua motivação no aprimoramento do modelo de laboratório de um sistema de válvula de compressores de refrigeração. No procedimento experimental apresentam-se, detalhadamente, a especificação de todos os equipamentos utilizados, a descrição da bancada, a metodologia usada durante a tomada de dados e suas reduções. As equações governantes, escritas com uma transformação de coordenadas na direção axial, são solucionadas pelo método dos volumes finitos. O acoplamento entre pressão e velocidade é resolvido pelo algoritmo SIMPLE e os esquemas convectivos QUICK e Lei de Potência são testados. A validação do modelo numérico é realizada através da comparação do perfil radial de pressão sobre o disco frontal com uma solução analítica para difusor radial com discos paralelos, e também com resultados experimentais para o próprio difusor. Resultados de distribuição de pressão, força sobre a palheta e áreas efetivas de força e escoamento são apresentados a fim de se determinar a influência do afastamento entre os discos, do número de Reynolds e da inclinação do disco frontal sobre o escoamento. Além disso, são mostradas algumas características do campo de velocidade e plotam-se alguns gráficos de campos de pressão no interior do difusor. A inclinação do disco frontal altera significativamente os campos de velocidade e pressão, porém, os parâmetros globais como força e áreas efetivas de força e escoamento não são grandemente alterados. Para deteminadas combinações do número de Reynolds, do afastamento e da inclinação entre os discos, a distribuição de pressão apresenta regiões de pressão negativa que tende a succionar o disco frontal, e também, um momento resultante que tende a deixar os discos paralelos.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T06:40:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:30:25Z : No. of bitstreams: 1 138087.pdf: 18052903 bytes, checksum: c187bda50f291f6a6aa77207c03dcc28 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T21:44:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 273146.pdf: 10177382 bytes, checksum: f3b6e0684c26348a9d7d2bcb9a9545f3 (MD5) / O presente trabalho apresenta uma metodologia para o projeto de cassetes de refrigeração onde os componentes do cassete (e.g., condensador, evaporador, compressor) são selecionados através de um algoritmo de otimização baseado na simulação numérica do sistema de refrigeração. Para tanto, modelos matemáticos foram desenvolvidos para cada um dos componentes do cassete, especialmente para os trocadores de calor (evaporador e condensador), uma vez que estes afetam tanto o desempenho quanto o custo do produto. Um modelo tri-dimensional inédito foi então proposto para simular o comportamento termohidráulico de trocadores de calor tubo-aleta com base nos princípios fundamentais da conservação da massa, energia e da quantidade de movimento aplicados tanto ao domínio do ar como do fluido refrigerante. Os resultados das simulações foram validados contra dados experimentais obtidos testando-se diferentes trocadores de calor em um túnel de vento especialmente projetado para esta finalidade. Os sub-modelos do evaporador e do condensador foram então acoplados aos sub-modelos desenvolvidos para o compressor e o dispositivo de expansão com a finalidade de simular o comportamento global do sistema de refrigeração. Os resultados das simulações foram validados contra dados experimentais obtidos testando-se diferentes cassetes de refrigeração em um calorímetro desenvolvido especialmente para esta aplicação, quando se verificou que as previsões do modelo para as pressões de evaporação e condensação, potencia consumida, capacidade de refrigeração e coeficiente de performance apresentaram uma boa concordância com os dados experimentais, com erros na faixa de ±10%. Apos o exercício de validação, o modelo foi empregado para otimizar tanto as geometrias do condensador e do evaporador quanto para selecionar o compressor com base em diferentes critérios de avaliação de desempenho que levam em conta tanto o COP do sistema como o custo do produto. Dois novos cassetes foram então projetados, construídos e testados com base nos resultados da otimização, apresentando uma relação COP / custo ate duas vezes superior ao produto original. Como resultado, propôs-se uma metodologia computacional de projeto e otimização que pode ser empregada a quaisquer sistemas de refrigeração que façam uso de trocadores de calor compactos do tipo tubo-aleta.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-24T22:59:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 287241.pdf: 4392773 bytes, checksum: 970f47baedcce5d16e82d950d35802fe (MD5) / Com a crescente exigência do mercado no aumento do conforto acústico, várias empresas estão investindo em trabalhos que envolvem auralização e aplicação de conceitos psicoacústicos em seus produtos. Pensando neste conceito, a empresa Embraco de compressores iniciou um projeto para auralizar um frigobar através da análise dos principais caminhos de transferência de energia do sistema de refrigeração. Os primeiros resultados mostraram grandes variações em algumas bandas entre os valores de ruído total auralizado e os valores reais medidos. Estas dispersões devem se a algumas simplificações feitas nas medições experimentais, entre elas a utilização de apenas um grau de liberdade ao invés dos seis graus de liberdade necessários para representar cada um dos pontos de acoplamento. Este trabalho visa esclarecer qual a importância dos graus de liberdade, o que acontece no ruído auralizado caso as impedâncias ou mobilidades e funções de transferência de cada um dos caminhos sejam calculados considerando translações e momentos e para os casos em que os momentos e/ou algumas das translações são retirados. Como o sistema de refrigeração é um sistema complexo que possui, por exemplo, materiais compostos, parafusos e borrachas que dificultariam a simulação numérica correta, resolveu-se utilizar um sistema vibroacústico simplificado. Formado por placas e chapas, que resumidamente é uma caixa com uma barra circular que fixa as duas laterais da caixa em um ponto central, onde a barra é presa à base da caixa por uma mola e também onde a estrutura é excitada. Para cada um dos caminhos de transferência serão calculadas as mobilidades e funções de transferência do sistema considerando as translações e os momentos nos pontos de conexão com a caixa utilizando seu modelo numérico em elementos finitos e elementos de contorno, a mola será representada por sua matriz quatro pólos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T07:23:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 283030.pdf: 2799901 bytes, checksum: 91c21a69a0bde9a4b3e9e7ee8a00317c (MD5) / A utilização de tubos de calor pulsantes (TCPs) como dispositivos de controle térmico de equipamentos eletrônicos que operando acima da temperatura ambiente, tem sido objeto de investigações teóricas e experimentais. Todavia, até o presente, ainda não foram realizados estudos sobre o comportamento destes dispositivos em aplicações de baixas temperaturas. Neste contexto, o presente estudo tem como principal objetivo a investigação teórico-experimental do comportamento térmico de TCPs, em temperaturas típicas de refrigeração, utilizando o dióxido de carbono (CO2) como fluido de trabalho. Três experimentos foram realizados, sendo que no Experimento I o comportamento térmico de um TCP em circuito fechado, com múltiplas curvas foi avaliado em termos da variação da potência fornecida, da razão de enchimento do fluido de trabalho e do ângulo de inclinação. O máximo fluxo de calor transferido foi de 75 W, no modo de operação direto (condensador situado acima do evaporador), para razão de enchimento de 75% e ângulo de inclinação de 45. No Experimento II o desempenho do TCP foi avaliado em relação aos mesmos parâmetros do Experimento I, havendo porém um acréscimo significativo do número de curvas da serpentina e também uma redução do diâmetro interno do tubo. Estas mudanças tiveram como principal objetivo melhorar o desempenho do TCP de CO2 nos modos de operação horizontal e contra gravidade. Nesta configuração o máximo fluxo de calor transferido foi de 170 W, também no modo de operação direto, para razão de enchimento de 50% e ângulo de inclinação de 90 . O Experimento III foi idealizado de modo a permitir a obtenção dos parâmetros experimentais necessários para a estimativa do coeficiente de transferência de calor por convecção no interior do evaporador do TCP, permitindo a realização de análises comparativas entre o TCP e outros dispositivos de transferência de calor usados em refrigeração. Para tanto, é proposta uma metodologia cujo desenvolvimento pressupõe a formulação de um problema inverso de transferência de calor, cuja solução pode tornar-se instável devido aos erros de medição inerentes às grandezas experimentais. Como solução do problema inverso obtém-se inicialmente uma expressão analítica aproximada para o perfil de temperaturas ao longo da espessura de parede do tubo, partindo da solução da equação da difusão de calor. Esta expressão é posteriormente simplificada utilizando-se o conjunto de parâmetros experimentais. Complementarmente, é realizada uma análise de sensibilidade com o objetivo de avaliar a confiabilidade e a estabilidade das soluções obtidas a partir da metodologia proposta, em relação à presença de erros de medição inerentes aos parâmetros experimentais. Os erros máximos de estimativa do coeficiente de transferência foram menores do que 12%.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T11:28:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 284627.pdf: 3009220 bytes, checksum: 5547e68cced6b3cf7fecc0dd7467dcd5 (MD5) / O aumento do custo da energia elétrica, verificado nos últimos anos, impulsionado pela crescente demanda e limitação da oferta, aumentou a importância da eficiência nos equipamentos elétricos. Nesse contexto os fabricantes de compressores de refrigeração investem em pesquisas de novas tecnologias a fim de garantir a competitividade da empresa. Os procedimentos de ensaio para medição do coeficiente de performance dos compressores estão descritos em normas. Essas normas estabelecem que, durante o ensaio, o compressor deve operar continuamente sob condições tais que: por um período específico, tipicamente uma hora, flutuações em todas as variáveis que afetem o resultado final se mantenham dentro de limites preestabelecidos e que não demonstrem tendência alguma de se moverem fora destes limites. Entretanto, essa condição de regime permanente só é alcançada muitas vezes após três horas a partir do início do ensaio, o que significa um tempo bastante grande em função da demanda diária de testes em compressores. Além disso, é comum que a qualidade da energia elétrica que alimenta o compressor em teste, oriunda da rede elétrica, não seja controlada, e seus efeitos nos resultados dos testes não sejam conhecidos. Diante disso, o presente trabalho objetivou: propor métodos para redução do tempo de ensaio demandado por compressor, baseado em análises teóricas e experimentais; quantificar a influência da qualidade de energia elétrica de alimentação nos resultados dos ensaios, através de uma análise experimental. Métodos foram propostos para atingir os objetivos do primeiro tema e, dentre eles, alguns foram testados. Os resultados obtidos mostraram que é possível reduzir-se consideravelmente o tempo de ensaio, de uma forma eficiente e envolvendo investimento bastante reduzido. Quanto ao segundo tema, medições foram feitas em bancada de ensaios mostrando que a influência no coeficiente de performance do compressor é visível quando se alimenta o motor com formas de onda distorcidas ou com níveis de tensão diferentes das condições nominais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:18:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 298834.pdf: 6195502 bytes, checksum: 3420709e72805082e2b0482feb416525 (MD5) / Com o aumento da miniaturização dos componentes eletrônicos, gerou-se a necessidade do projeto de sistemas de dissipação de calor mais eficientes, compactos, silenciosos e com capacidade de remoção de altos fluxos de calor. A tecnologia de resfriamento por spray vem sendo vista como uma possível solução para o preenchimento desta lacuna, especialmente quando acoplada a sistemas de refrigeração compactos. O enorme potencial desta nova tecnologia é refletido no grande aumento do número de publicações na área de resfriamento por spray nos últimos anos; porém existe ainda a escassez de estudos de spray cooling empregando fluidos refrigerantes como fluidos de operação. Este trabalho tem por objetivo analisar experimentalmente o fenômeno de resfriamento de superfícies estendidas de cobre por spray de fluido refrigerante. Uma bancada experimental foi construída para a análise do desempenho da transferência de calor em três superfícies: superfície plana, superfície com espuma metálica e superfície aletada com canais radiais. O comportamento do coeficiente de transferência de calor por convecção foi analisado em função da vazão mássica de fluido refrigerante e pressão na qual o spray era exposto. As seguintes condições de testes foram realizadas: pressão interna da câmara de testes de 5 e 6 bar, vazão mássica de fluido refrigerante de 3 e 5 quilogramas por hora, distância entre o bico injetor e a base das superfícies de 17 mm, grau de sub-resfriamento do fluido de 5ºC e fluxo de calor dissipado na superfície de teste de 0 a 40 W/cm2. Os resultados apontam que o aumento da vazão mássica do fluido refrigerante resulta em maiores coeficientes de transferência de calor, enquanto que a eficiência do spray é reduzida. O aumento da pressão na qual o fluido é exposto intensifica a transferência de calor entre a superfície e o fluido, aumentando também a eficiência do spray. O melhor desempenho de transferência de calor foi obtido utilizando-se a superfície com acoplamento de espuma metálica sobre a superfície. O fluxo de calor crítico não sofreu efeito da variação da geometria da superfície. Este estudo contribuiu para a melhor compreensão do fenômeno de resfriamento por spray em superfícies estendidas. / The increasing of electronic components miniaturization has generated the need for more efficient, compact and quiet heat sinks designs, capable of removing high heat fluxes. The Spray Cooling technology is being seen as a possible solution to fill this gap, especially when attached to compact refrigeration systems. The huge potential of this new technology is reflected on the large increase of the number of publications in the Spray Cooling area in the last few years; but there is still a lack of studies of spray cooling using refrigerants as working fluid. The main objective of this research is the experimental analysis of the Spray Cooling phenomena in enhanced cooper surfaces, using refrigerant. A testing bench was built to investigate the performance of heat transfer in three different surfaces: flat surface, surface with a copper-foam metal cover and finned surfaces with radial channels. The behavior of the heat transfer coefficient was analyzed as a function of the refrigerant mass flow and the pressure at which the spray was exposed. The tests condition were: internal pressure of the testing chamber of 5 and 6 bar, refrigerant mass flow of 3 and 5 kilograms per hour, distance between the nozzle and the base of the testing surface of 17 millimeters, sub-cooling degree of 5ºC and heat flux from 0 to 40 W/cm2. The results show that the increasing of the refrigerant mass flow results in higher heat transfer coefficient, while the boiling efficiency is reduced. The increase of the pressure which the fluid is exposed to enhanced the heat transfer between the fluid and the surface, increasing the boiling efficiency as well. The best performance of heat transfer was achieved in the surface with metal foam cover. The critical heat flux was not sensible to the surface geometry. This research contributed to a better understanding of spray cooling phenomena in extended surfaces.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Aqüicultura, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:30:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho teve a finalidade de desenvolver protocolos de refrigeração e de crioconservação do sêmen do ariocó Lutjanus synagris e da cioba Lutjanus analis. Para os testes de refrigeração a 4 ºC, três diluentes foram testados em atmosfera normal e atmosfera modificada (100% oxigênio). Posteriormente, um teste de fertilização foi realizado para avaliar a viabilidade do sêmen refrigerado. Para a crioconservação foram analisados os efeitos de três diluentes, diferentes proporções sêmen:diluente, concentrações de crioprotetor dimetilsulfóxido, tempos de equilíbrio e velocidades de congelamento sobre a taxa de motilidade e a duração da motilidade espermáticas e avaliada a capacidade de fertilização do sêmen crioconservado. Nos experimentos de refrigeração, a taxa de motilidade e a duração da motilidade foram mantidos adequados durante 72 horas para os diluentes A e B em atmosfera normal. Na atmosfera modificada, a qualidade do sêmen caiu drasticamente durante as primeiras 24 horas, independentemente do diluente utilizado, não propiciando vantagem em sua utilização. A taxa de fertilização com sêmen refrigerado por 24 horas não diferiu da com sêmen fresco, mas ambas diferiram (P<0,05) da obtida com sêmen refrigerado por 48 horas. Para a crioconservação do sêmen de ambas espécies a combinação que propiciou maior motilidade e duração da motilidade espermáticas (P<0,05) foi aquela proporcionada pelo emprego do diluente C (pH 8,2), na proporção de 1:3 (v/v), com crioprotetor (dimetilsulfóxido) a 10%, tempo de equilíbrio de 1 minuto e em velocidade de congelamento de -60 C/min. O sêmen crioconservado apresentou taxa de fertilização superior a 50% validando o presente protocolo para estas duas espécies de lutjanideos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O presente trabalho apresenta uma análise de dois sistemas de bombeamento de óleo para compressores herméticos alternativos para refrigeração doméstica produzidos pela EMBRACO. O primeiro sistema é baseado em uma bomba espiral, enquanto que o segundo é baseado em uma bomba centrífuga. Ambos os sistemas também possuem um canal de alimentação espiral na parte final do sistema. Nas duas análises, optou-se pela formulação de modelos simplificados para estudar a dinâmica do óleo nos sistemas de bombeamento, uma vez que a utilização exclusiva de programas comerciais de CFD resultaria em custos computacionais proibitivos. Principalmente porque estes modelos de escoamento de óleo devem, futuramente, serem utilizados em conjunto algoritmos de otimização da geometria do sistema de bombeamento. Os sistemas de bombeamento para cada compressor foram divididos em duas partes, a bomba e o canal do eixo, modeladas separadamente. O canal do eixo, de geometria comum aos dois compressores, foi resolvido com base em um modelo diferencial para o escoamento laminar plenamente desenvolvido em um parafuso de extrusão (Campbell et alli, 1992; Li e Hsieh, 1996). Uma formulação semelhante foi proposta para a bomba espiral do compressor. Ambas as formulações foram resolvidas analiticamente a partir da Técnica da Transformação Integral Generalizada (TTIG). A bomba centrífuga foi modelada considerando a existência de um escoamento bifásico em regime estratificado no interior do canal da bomba. O modelo foi resolvido de maneira híbrida, isto é, parte analiticamente e parte numericamente. Nos modelos para os dois sistemas de bombeamento, a vazão de óleo foi calculada a partir de um algoritmo computacional que emprega o método da bisseção para acoplar a vazão de óleo e a queda de pressão na bomba e no canal do eixo, respectivamente. As soluções para o escoamento nos sistemas de bombeamento de óleo foram validadas a partir de dados experimentais obtidos na EMBRACO e de simulações em CFD. Uma vez validados, os modelos foram utilizados em conjunto com programas comerciais de otimização para a obtenção de geometrias que resultassem em um melhor desempenho da vazão de óleo nos dois sistemas de bombeamento. No caso do sistema de bomba espiral, um aumento na vazão de óleo de cerca de 30% foi obtido com a otimização da geometria do sistema de bombeamento.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T20:57:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 249169.pdf: 2873151 bytes, checksum: 549a4b296a97a127c88daa16977b3f71 (MD5) / De acordo com o relatório publicado pelo Intergovernmental Panel on Climate Change em 2007, a atividade industrial é a principal responsável pelo aquecimento do planeta Terra. Nas últimas décadas, a indústria de refrigeração e ar condicionado tem sido pressionada quanto ao uso de fluidos refrigerantes sintéticos através dos protocolos de Montreal e de Kyoto. Soluções de longo prazo têm sido avaliadas, o que inclui o uso de refrigerantes naturais. Neste contexto, o dióxido de carbono (CO2, R-744) ressurgiu como um candidato em potencial, já que é uma substância natural, estável, atóxica, não inflamável, e com potencial de aquecimento global relativamente baixo. Embora existam vários exemplos de sistemas comerciais de refrigeração a base de CO2 que empregam tubos capilares como dispositivo de expansão, pouco tem sido estudado a esse respeito. Para preencher essa lacuna, o presente trabalho se propõe a caracterizar o escoamento transcrítico de R-744 através de tubos capilares adiabáticos. Para tanto, uma bancada experimental foi especialmente projetada e construída. Os ensaios experimentais foram planejados estatisticamente com o objetivo de extrair o máximo de informações de um número mínimo de experimentos. Dois modelos, um diferencial e outro algébrico, foram também desenvolvidos para simular o escoamento de CO2 em tubos capilares adiabáticos. No primeiro, as equações da conservação da massa, da energia e da quantidade de movimento foram resolvidas numericamente ao longo do escoamento empregando-se um procedimento iterativo de cálculo para estimar a vazão mássica de refrigerante. No segundo, a equação do movimento foi integrada analiticamente ao longo de uma linha isentálpica, dando origem a uma equação algébrica para computar a vazão mássica de CO2. Os dois modelos foram validados contra dados experimentais, mostrando-se capazes de prever mais de 90% dos pontos experimentais com erros na faixa de ±10%. Uma análise de sensibilidade explorando os efeitos das condições geométricas e de operação sobre a vazão mássica de CO2 foi também realizada.