Orientador: Marcus Aloizio Martinez de Aguiar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T21:59:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marchiori_MarceloAmorim_D.pdf: 14108629 bytes, checksum: e8989db76188a0a28d89f5a05d230eea (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Estudamos o efeito do acoplamento de um oscilador harmônico a um ambiente externo modelado por N osciladores não-lineares de dois graus de liberdade, cujo regime dinâmico varia, do regular ao caótico, de acordo com um parâmetro de controle. O acoplamento entre o oscilador e o ambiente é bilinear nas coordenadas de cada subsistema e reescala de acordo com o tamanho do ambiente. O foco está centrado nas condições, sobre o número de graus de liberdade e o regime dinâmico dos osciladores não-lineares, para que ocorra a dissipação de energia e termalização do sistema. O trabalho foi desenvolvido num contexto clássico e baseado em um única realização dinâmica, opondo-se à média de ensemble sobre várias realizações. O principal resultado desta tese, é que um ambiente caótico finito, composto por um número razoavelmente pequeno de graus de liberdade, pode simular a ação de um reservatório térmico infinito, dissipando a energia do oscilador a uma taxa exponencial e conduzindo-o à termalização com uma distribuição de Boltzmann para uma temperatura muito bem definida. Baseados na Teoria de Resposta Linear, desenvolvemos um modelo analítico simples que justifica a reescala do acoplamento e reproduz as simulações numéricas quando o ambiente está no regime caótico / Abstract: We study the coupling of a harmonic oscillator (HO) to an external environment modeled by N two-degrees-of-freedom nonlinear oscillators, ranging from integrable to chaotic according to a control parameter. The coupling between the HO and the environment is bilinear in the coordinates and scales with the environment size. We study the conditions for energy dissipation and thermalization as a function of N and of the dynamical regime of the nonlinear oscillators. The study is classical and based on a single realization of the dynamics, as opposed to ensemble averages over many realizations. The main result of this thesis is that the chaotic finite environment, composed by a fairly small number of degrees of freedom, can simulate the action of a infinite thermal reservoir, promoting the dissipation at an exponential rate and leading to the thermalization in a Boltzmann distribution of energies for a welldefined temperature. We develop a simple analytical treatment, based on the linear response theory, that justifies the coupling scaling and reproduces the numerical simulations when the environment is in the chaotic regime / Doutorado / Física Geral / Doutor em Ciências

Orientador: José Ricardo Figueiredo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T13:48:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_BrunoGimenez_M.pdf: 2463368 bytes, checksum: 7a65b802c5c28920eb9aaf7dd78e4ec9 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo do presente trabalho está na otimização econômica de um sistema com bomba de calor utilizado no aquecimento de água para banho em um edifício com reservatório térmico, para armazenamento de água quente. A otimização da bomba de calor envolve relações termodinâmicas, econômicas, de transferência de calor e mecânica dos fluidos, com o objetivo de obter o menor custo de aquecimento equivalente (CEA) da bomba de calor e do sistema. Dando continuidade a outros trabalhos já realizados na Unicamp, destacam-se neste trabalho a inclusão de perdas de carga na bomba de calor, maiores limites das variáveis não lineares a serem otimizadas, relações de transferência de calor mais realistas e a simulação do reservatório térmico de água, obtendo um volume compatível com a demanda do edifício e a eficiência da bomba de calor, durante sua utilização. No projeto preliminar, é utilizado o método de Substituição - Newton Raphson, obtendo as áreas iniciais de transferência de calor dos trocadores de calor (evaporador e condensador), o coeficiente de desempenho (COP), vazão do fluido refrigerante R- 134a (utilizado na bomba de calor), a potência do compressor, entre outros. No projeto otimizado, os valores obtidos na simulação anterior são considerados como estimativas iniciais no processo de otimização. Nesse processo o algoritmo de otimização escolhido é a Programação Quadrática Sequencial (SQP), disponível na função fmincon do MatLab'MARCA REGISTRADA'. Nas simulações do reservatório térmico, a estimativa de volume foi de 3 a 30 m3, obtendo a variação da temperatura para cada um dos volumes, é avaliado o menor trabalho médio do compressor da bomba de calor, com a variação de cada temperatura do reservatório, para que possa ser escolhido um volume adequado. Na finalização do projeto, são obtidos os melhores valores das áreas de troca de calor do evaporador e condensador, valor mínimo do CEA (função objetivo em questão) e volume do reservatório térmico, conforme condições de perdas de calor do sistema (reservatório e tubulação) e trabalhos de entrada, necessários em seu funcionamento / Abstract: The purpose of this work is the economic optimization of a system with heat pump used to heat water for bathing in a building with a thermal reservoir for hot water storage. Optimization of heat pump involves thermodynamic relations, economics, heat transfer and fluid mechanics, in order to obtain the lowest cost of heating equivalent (CEA) and heat pump system. Continuing to other work already done at Unicamp, stands out in this work to include pressure losses in the heat pump, higher limits of non-linear variables to be optimized, relations of heat transfer and more realistic simulation of the thermal reservoir water obtaining a volume compatible with the demand of the building and the efficiency of the heat pump during its use. In the preliminary design, the method is used Substiution - Newton Raphson, getting the initial areas of heat transfer of heat exchangers (evaporator and condenser), the coefficient of performance (COP), flow of refrigerant R-134a (used in Heat pump), the compressor power, among others. In the optimized design, the values obtained in previous simulation as initial estimates are considered in the optimization process. In this case the optimization algorithm chosen is the Sequential Quadratic Programming (SQP), available in the MatLab'TRADE MARK' function fmincon. In simulations of the thermal reservoir, the estimated volume was 3 to 30 m3, resulting temperature variation for each of the volumes is the lowest rated working medium of the heat pump compressor, with the temperature variation in each reservoir, can be chosen so that a suitable volume. At project completion, the best values are obtained from the areas of heat transfer from the evaporator and condenser, the minimum value of CEA (objective function in question) and the thermal reservoir volume, as conditions of heat losses from the system (tank and piping) and work input required for its operation / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mauricio Medeiros.pdf: 2573107 bytes, checksum: 1e5a17966417b43d576f37b4837c682b (MD5) Previous issue date: 2012-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work was developed at the State University of West of Paraná UNIOESTE, campus de Cascavel and was aimed at developing a computer program to simulate and scale, optimally, a system of solar water heating. To determine the efficiency parameters of the system were installed three solar collectors of 1.05 m2 each, brand Pro Sol, coupled to a thermal reservoir of 200 liters, containing electrical resistances auxiliary 2000 W. The system works by using thermosyphon, and was installed in a metal bracket fixed to the ground, oriented to the north at an angle of 35 degrees from the horizontal. We collected hourly data of solar radiation and water temperatures, and evaluated two scenarios. In the first scenario, it was considered system utilization auxiliary heating controlled by a thermostat, which linked and hang up the electrical resistances as the temperature of water in boiler oscillated around of temperature of consumption (40 º C). In the second scenario, it was considered the system to power auxiliary heating only in timetables of water consumption, when the water temperature in boiler was lower than the temperature of consumption. Coefficients were calculated heat loss in the solar collector and storage tank, the heat removal factor of solar collector and the overall efficiency of the heating system installed. These calculated parameters and other data collected were used in software developed for simulation and design in order to satisfactorily meet the needs of hot water consumption, and minimize the total installation costs and energy consumption. Finally, these system costs solar heating were compared to costs of an electric shower conventional. The results obtained were as follows: coefficient of heat loss in the solar collector (5,45 Wm-2ºC-1), coefficient of heat loss in the thermal reservoir (5,34 Wm-2ºC-1), removal factor heat of the solar collector (0.78) and overall system efficiency (31%). The times of return on capital invested in the solar heating system (compared to a conventional electric shower), for the two scenarios of use, were, respectively, 11.45 years and 7.81 years. / Este trabalho foi desenvolvido na Universidade Estadual do Oeste do Paraná UNIOESTE, campus de Cascavel, e teve por objetivo principal o desenvolvimento de um programa computacional para simular e dimensionar, de forma otimizada, um sistema de aquecimento solar de água. Para determinar os parâmetros de eficiência do sistema, foram instalados três coletores solares de 1,05 m2 cada, da marca Pro Sol, acoplados a um reservatório térmico de 200 litros, contendo resistências elétricas auxiliares de 2000 W. O sistema utilizado funciona por termossifão, e foi instalado em um suporte metálico fixado ao solo, com orientação para o norte, num ângulo de 35º em relação à horizontal. Foram coletados dados horários de radiação solar e temperaturas da água, e avaliados dois cenários. No primeiro cenário, considerou-se a utilização do sistema de aquecimento auxiliar controlado por um termostato, que ligava e desligava as resistências elétricas conforme a temperatura da água no boiler oscilava em torno da temperatura de consumo (40ºC). No segundo cenário, considerou-se o acionamento do sistema de aquecimento auxiliar somente nos horários de consumo de água, quando a temperatura da água no boiler estivesse menor que a temperatura de consumo. Foram calculados os coeficientes de perda de calor no coletor solar e no reservatório térmico, o fator de remoção de calor no coletor solar e a eficiência global do sistema de aquecimento instalado. Esses parâmetros calculados, e os demais dados coletados, foram utilizados no software desenvolvido para simulação e dimensionamento, de maneira a atender satisfatoriamente às necessidades de consumo de água quente, e minimizar os custos totais de instalação e consumo de energia elétrica. Por fim, esses custos do sistema de aquecimento solar foram comparados aos custos de um chuveiro elétrico convencional. Os resultados obtidos foram os seguintes: coeficiente de perda de calor no coletor solar (5,45 Wm-2ºC-1), coeficiente de perda de calor no reservatório térmico (5,34 Wm-2ºC-1), fator de emoção de calor do coletor solar (0,78) e eficiência global do sistema (31%). Os tempos de retorno do capital investido no sistema de aquecimento solar (em comparação a um chuveiro elétrico convencional), para os dois cenários de utilização, foram de, respectivamente, 11,38 anos e 5,73 anos.