No presente trabalho é feito o estudo de uma técnica algorítmica baseada em várias versões do modelo de transbordo da Pesquisa Operacional para a síntese de redes de trocadores de calor, convencionais e flexíveis para operação multiperiódica, que apresentam máxima integração de calor e o menor número possível de trocadores. Com as versões de programação linear é calculado o custo e o consumo mínino de utilidades. Estas também podem considerar os casos de trocas proibidas e utilidades múltiplas. Para as redes convencionais, as versões de programação linear mista com inteiros permitem deduzir redes com consumo mínimo de utilidades em que o número de trocadores de calor é minimizado, permitindo ainda, a divisão de correntes e a seleção das trocas preferidas. Para as redes flexíveis, é prevista a operação em uma sequência finita de períodos de tempo em que as vazões e temperaturas das correntes podem mudar. A versão multiperiódica de programação linear mista com inteiros, leva em conta mudanças nos pontos de estrangulamento e no consumo de utilidades em cada período. A técnica estudada permite a formulação e solução automática de todas estas versões. Para cada uma destas versões são sugeridas algumas modificações que visam facilitar a sua formulação em casos especiais e principalmente, no caso das versões de programação linear mista com inteiros, reduzir o esforço computacional para a sua formulação e solução. Para verificar a eficiência e validade das diferentes versões apresentadas e das modificações sugeridas, são apresentados vãrios exemplos numéricos mostrando alguns detalhes da sua formulação e solução. Finalmente, é feita uma comparação com os resultados com o método heurístico de Ponton e Donaldson.

Estudam-se radiadores espaciais associados a capacitores térmicos. O capacitor térmico é composto de material de mudança de fase no qual estão imersas aletas metálicas. O capacitor está sujeito a um fluxo de calor; gerado por componentes eletrônicos, que pode ser variável com o tempo. Os resultados são analisados para os seguintes parâmetros: largura das aletas, calor gerado pelos componentes; emissividade do radiador; absortividade do radiador; largura e altura do capacitor. O problema é formulado supondo que o processo de transferência de calor seja controlado por condução e utilizando-se a forma entálpica da equação da energia. O método de solução é o de volumes de controle aplicado a equação de energia na sua forma entálpica bidimensional e considerando a mudança de fase. A equação obtida é válida para todo dominio, isto é, tanto para a aleta como para ambas as fases do material de mudança de fase. Os resultados constituem um conjunto de dados capazes dde auxiliarem no projeto de radiadores térmicos associados a capacitores que utilizaram mudança de fase e na análise dos parâmetros envolvidos. Sugere-se a otimização de cada parâmetro afim de se conseguir, não somente que os componentestrabalhem dentro de sua faixa operacional, mas também vantagens associadas a operação do dispositivo, seu tamanho, peso e custo.

No presente trabalho é feita a análise sa performance de armazenadores térmicos por calor latente com aletas transversais tipo tubo-carcaça. O material de mudança de fase encontra-se do lado da carcaça e o fluido de transporte escoa dentro dos tubos. Para a formulação do problema no material de mudança de fase (M.M.F.), é escrita a equação da energia na sua forma entalpica, supondo que o problema de transferência de calor seja controlado por condução. A solução da equação é obtida por método numérico, utilizando-se a técnica dos volumes de controle. Após a obtenção da distribuição de temperaturas na aleta e do material de mudança de fase, faz-se o estudo do acoplamento do escoamento do fluido dentro do tubo com o problema de mudança de fase, através de um balanço energético no elemento de fluido. Os resultos obtidos são discutidos através de parâmetros tais como: NTU, efetividade, massa solidificada, tempo de solidificação, número de aletas, compacidade, altura de aletas, largura de aletas.

O trabalho consiste no desenvolvimento, construção, calibração e testes de um aparato experimental para realização de medidas de Condutividade Térmica de materiais sólidos e de medidas de Resistência Térmica de Contato em Vácuo. Para as medidas de Condutividade Térmica, diversos metais comerciais foram analisados. Nas medições de Resistência Térmica de Contato foram analisados os efeitos da pressão no contato, da direcionalidade de fluxo de calor, do material e da rugosidade das superfícies de contato.

Analisa-se o desempenho de armazenadores térmicos por calor latente com geometria cilíndrica de eixo vertical. O problema é formulado em coordenadas cilíndricas com as equações de conservação de movimento acopladas a equação da energia para se considerar o efeito da convecção natural nos processos de fusão e solidificação. Essas equações são resolvidas numericamente utilizando-se a técnica dos volumes de controle finitos desenvolvida por Patankar e o modelo proposto por Bonacina para simular o efeito do calor latente de fusão. Desenvolve-se um programa computacional para resolver os sistemas de equações lineares resultantes da discretização. Os resultados para o calor armazenado, para o fluxo local de transferência de calor e para a taxa global de transferência de calor são apresentados numa forma adimensional para diversos regimes de operação do armazenador e comparados com resultados experimentais. São analisadas ainda as influências de parâmetros geométricos e de transferência de calor no seu comportamento.

O presente trabalho tem por finalidade a análise experimental do problema de convecção forçada entre placas paralelas no escoamento com transição laminar-turbulento, com condições assimétricas do perfil de temperatura. A determinação dos valores locais dos coeficientes de transferência de calor é obtida aplicando-se a técnica se Sublimação de Naftaleno. De acordo com a analogia entre transferência de calor e transferência de massa as condições experimentais correspondem a situação de transferência de calor onde uma das placas esta a uma temperatura uniforme e a outra é isolada. A seção de testes constitui-se de um canal retangular construido por duas laterais e uma base de duralumínio e uma tampa de acrílico, a qual simula a placa isolada. Sobre a base são instaladas as placas de naftaleno que simulam a superfície isotérmica. Na entrada da seção de testes foi montada uma contração do tipo "boca de sino" que tem por finalidade uniformizar o pérfil de velocidade. As experiências foram realizadas succionando-se ar através da seção de testes o que provoca a sublimação nas superfícies das placas da naftaleno, desgastando-as. Os coeficientes locais de transferência de calor foram obtidos empregando-se a analogia de transferência de calor e massa, medindo-se o desgaste local da placa com um apalpador numa mesa de coordenadas. O desenvolvimento simultâneo das camadas limites térmica e hidrodinâmica é estudado, e são obtidas informações sobre o número de Sherwood no desenvolvimento da camada limite laminar e da camada limite turbulenta. Os coeficientes de transferência são apresentados em forma adimensional (número de Nusselt e Sherwood) e a faixa do número de Reynolds estudada foi de 15.000 a 65.000.

O presente trabalho procura estudar e compreender os processos reativos de chama, tentando identificá-los através de uma abordagem químico termodinâmica, em contraposição às análises clássicas, puramente cinético-químicas. Estas são justificadas por se considerar este tipo de fenômeno como existindo em condições distantes da condição de equilíbrio termodinâmico e não passíveis de análise termodinâmica, coisa que, através desta investigação, pretende-se questionar. Neste estudo, considerou-se a chama como ocorrendo em um escoamento unidimensional ideal, em regime permanente, em fluido perfeito, i.e. não há viscosidade e dividiu-se a chama em fatias, em que a exergia química era transformada em exergia térmica, em se adaptando \"o problema do tijolo aquecido\" (ou \"hot brick problem\"). O processo reativo global de chama adiabática foi, por evidência experimental, considerado como sendo bi-variante i.e. completamente determinado com a definição da pressão e da temperatura dos reagentes, conhecidos a priori, em espécie e em quantidade. O teorema de Duhem1 nos garante, portanto, que caso se estabeleça o equilíbrio, este estaria determinado. Aqui se procurou reunir subsídios para sua identificação. Investigaram-se a modelagem de chamas adiabáticas e reversíveis de duas fatias, consideradas como meio efetivo, em se igualando a exergia química à exergia térmica, bem como o que se considerou como sendo chamas adiabáticas de duas fatias de máxima irreversibilidade interna. Para a chama adiabática irreversível obteve-se temperaturas de ignição próximas à temperatura de autoignição para 4 de 6 combustíveis. Por fim, conclui-se que a chama contínua não é o limite da chama irreversível de infinitas fatias. Enquanto que aquela tem irreversibilidade máxima, segundo o modelo apresentado, a irreversibilidade desta é um máximo relativo. / The present study attempts at an understanding of the reactive processes within a flame. A chemical thermodynamics approach is employed in juxtaposition to the classical analysis which are purely chemical kinetic. These are justified because this phenomenum is considered to take place far from equilibrium conditions and not subject to thermodynamic analysis. This fact will be questioned in this study. A one-dimensional, ideal and steady flow flame was considered. The reactive process of an adiabatic flame was, by experimental evidence, considered to possess two degrees of freedom, i.e it would be completely determined by defining the reactants\' pressure and temperature, whose species and quantities were a priori known. Duhem\'s theorem2 tells us that if equilibrium is estabilished, it would be fully determined. An adiabatic and reversible two-sliced flame (the effective medium) was determined by equating the chemical exergy of the flame to the physical exergy of the two slices relative to the ignition point. Also, the constrained extremum of the difference between the chemical and physical exergies allowed the relative maximum of an internally irreversible adiabatic flame to be determined. For the irreversible flame, close simulation of the autoignition temperature for 4 of 6 fuels was obtained. Finally, the conclusion that a continuous flame is not the limit of an irreversible flame with infinite slices is demonstrated. Whilst that flame is the flame with maximum irreversibility, this flame has a relative maximum of internal irreversibility.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2016. / Sistemas com interações de longe alcance podem apresentar propriedades termodinâmicas peculiares como não-aditividade, calor específico negativo e inequivalência de ensembles. Neste caso o ensemble mais conveniente para calcular as grandezas termodinâmicas é o ensemble microcanônico. Entretanto, calcular a função de partição microcanônica é, por muitas vezes, uma tarefa difícil, devido à integração sobre as posições. Por isso, métodos computacionais são importantes para resolver esse problema. Neste trabalho é feita uma comparação entre dois métodos de Monte Carlo para estudar a termodinâmica de sistemas com interação de longe alcance, com o intuito de analisar qual algoritmo é superior ao outro em diferentes situações. / Systems with long-range interactions may present strange thermodynamics properties as non-additivity, negative specific heat and inequivalence of ensembles. In this case the most convenient ensemble to calculate the thermodynamic quantities is the microcanonical ensemble. However, calculate the microcanonical partition function is often a hard task, due the integration over the configuration space. Thus, computational methods are important to solve these problems. In this report a comparison is made between two Monte Carlo methods to study the thermodynamics of systems with long-range interactions, in order to analyze what algorithm is superior to the other in different situations.

Este trabalho consiste basicamente em dois experimentos: Determinação da equação de estado de um gás frio aprisionado, e na comparação das temperaturas de uma amostra de átomos confinadas em dois tipos de armadilhas magneto-ópticas. No primeiro experimento utilizamos a generalização do conceito de pressão e volume que foram redefinidos de maneira apropriada para alcançamos uma equação de estado. Experimentalmente nossa amostra apresentou um desvio do esperado para um gás ideal, dessa forma utilizamos uma expansão virial com as novas definições de pressão e volume para investigar as interações entre os átomos. Já no segundo experimento utilizamos uma técnica que mede transiente temporal da absorção do feixe pelos átomos através de um fotodetector para a obtenção da temperatura. Neste experimento obtemos temperaturas equivalentes para as duas armadilhas. / This work consists of two experiments: Determination of the state equation a trapped cold gas, and the comparison of the temperatures of confined atoms in two types of magneto-optical traps. For the first experiment we generalized and defined a new pressure and volume concept and we reached a state equation. Experimentally our sample presented a deviation of the ideal gas, in that way we used a virial expansion with the new pressure and volume definitions to investigate the interactions among the atoms. In the second experiment we used a technique that measures temporal variation of the absorption of a probe beam that crosses the atoms by a photodetector, witch gives us the information about the temperature. We have found equivalent temperatures for the two traps.

Neste trabalho foram estudadas equações de estado encontradas na literatura para a descrição das isotermas de pressão superficial versus área molecular média de monocamadas de Langmuir. As equações foram subdivididas em duas classes: equações para monocamadas de Langmuir de polímeros e macromoléculas, e equações para monocamadas de Langmuir de substâncias anfifilicas. As equações foram aplicadas a monocamadas de PMMA (um polímero), Ácido Araquídico (um ácido graxo, que é urna substância anlifilica que contém apenas uma cauda hidrofóbica) e DPPC (um fosfolipídio, que é uma substância antifilica que contém duas caudas hidrofóbicas). Também foi estabelecida, baseado no modelo de Shin et al., uma equação de estado específica para substâncias anfifilicas com duas caudas hidrofóbicas, o que não foi previamente observado na literatura. A maioria das equações forneceu urna boa concordância qualitativa com as isotermas experimentais, porém não foi possível uma concordância quantitativa na maioria dos casos. Os diferentes modelos e hipóteses empregados na derivação das equações permitiram uma melhor compreensão de algumas propriedades das monocamadas / A brief summary concerning equations of state describing isotherms exhibited by Langmuir monolayers is presented. The equations may be classified in two categories: the first applies to monolayers formed by polymers or macromolecules and the second to monolayers formed by amphiphilic substances. They were applied to monolayers of PMMA (a polymer), Arachidic Acid (a fatty acid) and DPPC (a phospholipid). The agreement with experimental results is qualitatively acceptable, however, it was not possible a quantitatively good result. A model for amphiphilic substances whose hydrophobic moiety consists of two tails was not found in the literature. Such equation is developed following Shin et al. method and the agreement shows to be satisfactory. With this work a better understanding of some properties of monolayers is achieved