Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-06T13:29:27Z No. of bitstreams: 1 lucaswilmandasilvacrispim.pdf: 4368508 bytes, checksum: dd17a101d7a17f37da33d9d15bac1645 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-06T20:22:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucaswilmandasilvacrispim.pdf: 4368508 bytes, checksum: dd17a101d7a17f37da33d9d15bac1645 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T20:22:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucaswilmandasilvacrispim.pdf: 4368508 bytes, checksum: dd17a101d7a17f37da33d9d15bac1645 (MD5) Previous issue date: 2015-03-10 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este estudo tem como objetivo a modelagem numérica do efeito de descarga elétrica em misturas de ar e metano, considerando um modelo bidimensional que envolvem transferência de calor e de massa, além de um submodelo discreto de distribuição da energia das colisões eletrônicas entre as diversas espécies presentes na mistura. O domínio foi dividido em duas regiões, com e sem descarga eletrônica. Para a região de descarga são considerados efeitos das colisões com elétrons, químicos e de transferência de calor e de massa, para a região externa a descarga são considerados efeitos químicos, de transferência de calor e de massa. Foram simuladas quatro configurações diferentes de descarga em mistura representando ar seco e uma simulação de descarga em misturas de ar com metano. Neste trabalho considera-se o ar como fluido incompressível e composto por diversas espécies. Para encontrar a solução aproximada do modelo foi aplicado o método das diferenças finitas em um meio heterogêneo, foram também utilizadas estratégias numéricas para a separação de determinados termos nas equações, e por fim a resolução destes termos foram obtidas através da ferramenta de análise de plasma zero dimensional, ZDPlasKin. No domínio do tempo, foi utilizado o método de Euler, um esquema numérico explicito. Utilizou-se uma configuração para a descarga eletrônica de 10% para o regime de trabalho, e foram analisados dois tipos de misturas gasosas, uma representando uma mistura de N2 _ O2, e outra representando uma mistura de metano e ar. Foram analisados resultados referentes ao perfil de temperatura no domínio em diferentes instantes de tempo, além de analisar a variação temporal em diversas espécies contidas nas misturas, em determinados pontos do domínio. Devido ao alto custo de resolução de determinados termos das equações, foi utilizada uma estratégia de paralelização do tipo Mestre-Escravo na API (Application Programming Interface) de programação paralela MPI (Message Passing Interface). Foi observado através dos resultados o aquecimento e a difusão do calor da região de descarga para a região externa, e a difusão de espécies excitadas geradas na região de descarga para a região externa. Conseguiu-se observar nos resultados o aquecimento da região externa devido a condução do calor e a difusão de espécies geradas na região de descarga que saem por difusão para região externa, e esta migração contribuiu para o aquecimento da região externa, uma vez que estas espécies tendem a relaxação na região externa a descarga. / This study aims the numerical modeling of electrical discharge in mixtures of air and methane, considering a two-dimensional model that involves a heat mass transfer, besides a discrete submodel of electronic distribution of collisions among several species in the mixture. The domain was divided into two regions, with and without discharge. The discharge region considers the effect of collisions with electrons, heat and mass transfer and chemical effects. Four simulations sets of discharge in mixture with dry air and another mixture with air and methane were executed. This study considers the air as incompressible formed by several species. To find the solution of the mathematical model, the finite difference method in a heterogeneous medium was applied; in addition, numerical techniques to split some operators of the equation were also adopted. Finally, the approximate solution of these models were obtained by a zero dimensional plasma analysis tool, ZDPlasKin. In the time domain, the Euler method, an explicit numerical scheme, was used. The electronic discharge was set 10% to the work scheme; and two types of gas mixture were analyzed, one representing a mixture of N2 _ O2 and another with methane and air. Results referring to the temperature profile in the domain in different time steps were analyzed, as well as the temporal variation of several species contained in the mixtures in some points of the domain. Due to the high computational cost demanded to solve some equation terms, a master-slave parallelization strategy through MPI (Message Passing Interface), a parallel programming API (Application Programming Interface) was used. The results ilustrated the heating and heat diffusion from discharge region to external region, and the diffusion of excited species generated from the discharge region to external region. The heating in external region occurred due to heat conduction and species diffusion generated in the discharge region (that diffunding through external region). This migration contributed to the heating of external region, since these species tending to de-excitation in region out of discharge.

Submitted by Rafael Santana (rafael.silvasantana@ufpe.br) on 2017-07-12T18:01:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Aida Avendano_Dissertacao_Eng Mecanica_UFPE.pdf: 2879829 bytes, checksum: 90b10e461eb8407986cea09be582a591 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-12T18:01:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Aida Avendano_Dissertacao_Eng Mecanica_UFPE.pdf: 2879829 bytes, checksum: 90b10e461eb8407986cea09be582a591 (MD5) Previous issue date: 2016-01-29 / PRH-PB203 EQUIPAMENTOS/PETROBRAS / O processo de transferência de calor e massa dentro de um absorvedor tubular em espiral de Brometo de Lítio-Água (LiBr/H2O), resfriado com água em contracorrente, foi simulado usando um modelo matemático não linear. Para a simulação criou-se um programa em Matlab, usando o método numérico iterativo. Na calibração da malha física foram utilizadas condições de trabalho do absorvedor e o coeficiente de transferência de massa efetivo, Kef, obtidos da literatura. O coeficiente de transferência de calor global, U, foi calculado usando a resistência térmica global dentro do absorvedor. Para o cálculo do coeficiente de transferência de massa e de calor da interface solução-vapor se utilizaram correlações de analogia de transferência de calor e massa. As distribuições da temperatura e concentração da solução de LiBr/H2O, e a temperatura da água de resfriamento ao longo do comprimento do absorvedor foram determinadas utilizando o programa desenvolvido e os resultados obtidos apresentaram uma boa concordância quando comparados com dados reportados na literatura. Finalmente, foi analisada a influência da variação de alguns dos parâmetros, tais como temperatura e vazão de entrada da água de resfriamento, comprimento do absorvedor e material do tubo absorvedor dentro do absorvedor utilizando o programa desenvolvido. Os resultados obtidos mostraram que o programa desenvolvido permite predizer o comportamento do processo de transferência de massa e calor dentro do absorvedor em espiral de LiBr/H2O, além de representar uma ferramenta para o dimensionamento e/ou otimização deste componente. / The mass and heat transfer process in a spiral tubular absorber of the Water/Lithium Bromide (LiBr/H2O), cooled with in counter-current, was simulated using a nonlinear mathematical model. For the simulation was developed a program in Matlab, using the iterative numerical method. For the calibration of physical mesh were used absorber working condition and effective mass transfer coefficient, Kef, obtained from the literature. The global heat transfer coefficient, U, was calculated using the global thermal resistance within the absorber. For the calculation of the mass and heat transfer coefficient of the interface vapor-solution are used analogy correlations of mass and heat transfer. The temperature distribution and concentration of LiBr/H2O, and the cooling water temperature along of the length of the absorber were determined using the program developed, and the result obtained showed good agreement when compared to the data reported in the literature. Finally, the influence of the variation the some parameters were analyzed, such as inlet temperature and mass flow of cooling water, length of the absorber and material absorber tube within the absorber using the developed program. The result obtained showed that this program allowed to predict the behavior of the mass and heat transfer process in the absorber spiral of the LiBr/H2O, also represents a tool for the design and/or optimization of this component.

Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: Dissipadores de calor compactos, baseados em microcanais, têm se mostrado um meio eficaz para o resfriamento de dispositivos de alta densidade de energia, tais como microprocessadores, além de proporcionarem redução de material utilizado para a fabri-cação e do inventário de fluido refrigerante necessário. Sistemas bifásicos que operam com fluidos refrigerantes proporcionam coeficientes de transferência de calor elevados para baixos valores de velocidade mássica e uma distribuição de temperatura mais uni-forme na superfície. O presente estudo teve por objetivo avaliar experimentalmente o desempenho de um dissipador de calor baseado em microcanais, em condições de ebuli-ção convectiva saturada do fluido HFE-7100. O dissipador, em cobre eletrolítico, possui 33 microcanais de seção retangular com dimensões de 10 mm de comprimento, 200 μm de largura, 500 μm de altura e espaçados 100 μm entre si. A eficiência térmica do dissi-pador foi avaliada utilizando como fluido de trabalho o HFE-7100 (fluido refrigerante com baixo ozone depleting potencial, ODP, e global warming potential, GWP). Dados experimentais para o coeficiente de transferência de calor (CTC) e perda de pressão fo-ram obtidos em condições de escoamento monofásico e bifásico saturados, para diferen-tes valores de velocidades mássicas. As condições testadas foram de fluxo de calor im-posto (footprint) variando de 50 a 700 kW/m², com velocidades mássicas do fluido entre 392 e 875 kg/m²s, obtendo coeficientes de transferên... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Microchannel-based heat sinks have been shown to be an effective way of cool-ing high-density energy devices such as microprocessors, as well as reducing the material used to manufacture the exchangers and the required refrigerant inventory. Two-phase flow systems that operate with refrigerant fluids provide high heat transfer coefficients with low mass flux values and more uniform temperature distribution on the surface. The present study aimed to evaluate experimentally the performance of a heat sink based on microchannels under saturated conditions of convective boiling of HFE-7100 fluid. The analyzed heat sink has 33 rectangular section microchannels measuring 10 mm length, 200 μm wide, 500 μm high and spaced 100 μm apart. The heat sink was evaluat-ed using HFE-7100 (low ozone-depleting potential, ODP, and global warming potential, GWP) as working fluid. Experimental data for the heat transfer coefficient and pressure drop were obtained under saturated single and two-phase flow conditions for different values of mass velocities. An experimental apparatus was assembled and validated for the accomplishment of testing. As experimental conditions, the heat flux was applied in a range from 50 to 700 kW/m², with mass flux from 392 and 875 kg/m²s, obtaining a heat transfer coefficient of 60 kW/m² and pressure drop up to 12 kPa. By decreasing the mass flux and the input of the subcooling the HTC increases; the pressure drop increases monotonically with the increase in the mass fl... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A presente pesquisa envolve um estudo teórico-experimental da transferência de calor e da perda de carga na condensação e no escoamento monofásico de fluidos refrigerantes halogenados no interior de lâminas com micro canais. Os ensaios consideram o fluido refrigerante puro R-134-a e a mistura quase azeotrópica R-410A. As lâminas estudadas envolvem micro canais de seção quadrada de Dh = 1,214 mm e de seção circular de Dh = 1,494 mm. Os ensaios de líquido subresfriado compreendem velocidades mássicas de 390 a 1360 Kg/sm2 para um temperatura de saturação de 40ºC e subresfriamento de 10ºC. Por sua parte, os ensaios foram realizados considerando um fluxo de calor constante de 5 kW/m2, títulos de vapor de 0,1 a 0,9, velocidades mássicas de 410 a 1135 kg/sm2, temperaturas de saturação de 40 a 50ºC e misturas óleo-refrigerante com concentrações de óleo em massa de 0,25 e 0,45%. Para cada condição de ensaio foram avaliados o coeficiente de transferência de calor e a queda de pressão por atrito na lâmina ensaiada. Os resultados para escoamento monofásico apresentaram consistência com relação às correlações típicas aplicáveis a transferência de calor e perda de carga para regime turbulento em tubos convencionais, apresentando, em média, valores de 12% superiores. Na maioria das condições de ensaios de condensação, segundo mapas de escoamento disponíveis na literatura, foi identificado o domínio do padrão estreitamento anular. Este comportamento foi aferido pelos resultados experimentais de perda de carga mostrando dependência quase exclusiva do parâmetro de Martinelli, e o mecanismo conectivo como principal mecanismo de transferência de calor, característico no padrão anular. Os resultados de condensação foram correlacionados a partir de abordagens empíricas em função do parâmetro de Martinelli e o conceito de velocidade mássica equivalente. Assim como, a partir de uma abordagem semi-empírica considerando um modelo anular que permite avaliar os mecanismos principais de transferência de calor e quantidade de movimento, avaliando a espessura do filme de líquido na parede do canal. Finalmente, os resultados experimentais e os obtidos a partir das correlações desenvolvidas são comparados com estudos disponíveis na literatura relativos a lâminas com micro canais. / This project involves a theoretical-experimental study of heat transfer and pressure drop in condensation and single phase flow of halogen refrigerants in microchannel tubes. The tests include the pure refrigerant R-134a and quasi azeotropic mixture R-410A. The microchannel tubes tested include one with square ports of Dh = 1,214 mm and other with circular port of Dh = 1,494 mm. The subcooled liquid tests considered the mass velocities of 390 to 1360 kg/sm2, the saturation temperature of 40ºC and subcooled of 10ºC. The condensing tests considered a constant heat flux of 5 kW/m2, vapor quality of 0,15 to 0,9, mass velocities of 410 to 1135 kg/sm2, saturation temperature of 40 to 50ºC and oil-refrigerant mixtures with oil mass concentrations of 0,25 and 0,45%. For each test condition was evaluated the coefficient of heat transfer and frictional pressure drop in the microchannel tube. The single phase results agree with typical correlations used in conventional tubes to evaluate the heat transfer and pressure drop in turbulent flow, even though the most of experimental date are 12% higher. The most of flow patterns in condensation were identified as annular using the flow patterns maps available on literature. This behavior was verified through pressure drop results, which show exclusive dependence on Martinelli Parameter. The heat transfer results show that the main heat transfer mechanism was convective, typical in annular flow. The results of condensation were correlated from empirical approachs using the Martinelli parameter and the equivalent mass velocity concept. And, also a semi-empirical approach modeling the annular flow to evaluate the mechanism of heat transfer through the liquid film around the wall of the tube. Finally, the experimental results and the results obtained through the models were compared with correlations referred to microchannels available on the literature.

The objective of the present work is to determinate the pressure drop and the heat transfer coefficients, normally applied to analytical calculations of hydrogenerators thermal design, obtained by applying numerical calculation (Computational Fluid Dynamics - CFD) and validated by experimental results and field measurements. The object of study is limited to the most important region of the ventilation system (the cooling air ducts of stator core) to get numerical results of heat transfer and pressure drop coefficients, which are impacted mostly by the entrance of air ducts. The numerical calculations considered three-dimensional, steady-state, incompressible and turbulent flow; and were based on the Finite Volume methodology. The turbulent flow computations were carried out with procedures based on RANS equations by selecting k-omega SST (Shear-Stress Transport) as turbulence model. Grid quality metrics were monitored and the uncertainties due to discretization errors were evaluated by means of a grid independence study and application of an uncertainty estimation procedure based on Richardson extrapolation. The validation of numerical method developed by the present work (specifically to simulate the flow dynamics behavior and to obtain numerically the pressure drop coefficient of the airflow to enter and pass through the Stator Core Air Duct in a hydrogenerator) is performed by comparing the numerical results to experimental data published by Wustmann (2005). The reference experimental data were obtained by a model test. The comparison between numerical and experimental results shows that the difference of pressure drop for Reynolds numbers higher than 5000 is 2% at maximum, while for lower Reynolds numbers, the difference increases significantly and reaches 10%. It is presented that the most reasonable hypothesis for higher discrepancy at lower Reynolds numbers can be assigned to the experiment\'s non-steady-state condition. It is to conclude that the proposed numerical method is validated for the upper region of the analyzed range. Additionally to the model test validation, field measurements were executed in order to confirm numerical results. Measurements of pressure drop in the stator core of a real hydrogenerator were a challenge. Nevertheless, despite all the difficulties and considerable high field measuring uncertainties, trend curves behavior are similar to numerical results. Finally, series of numerical calculation, varying geometrical parameters of the air-duct inlet design and operational data, were done in order to obtain pressure drop coefficients trend curves to be directly applied to analytical calculation routines of whole hydrogenerator ventilation systems. Parallel to it, thermal numerical calculation was executed in the prototype simulation in order to define the convective heat transfer coefficient. / O objetivo do presente trabalho é determinar os coeficientes de perda de carga e transferência de calor, normalmente aplicados nos cálculos analíticos de design térmico de hidrogeradores, obtido pela aplicação de cálculo numérico (Computacional Fluid Dynamics - CFD) e validado por resultados experimentais e medições de campo. O objeto de estudo é limitado à região mais importante do sistema de ventilação (os dutos de ar de arrefecimento do núcleo do estator) para obter resultados numéricos dos coeficientes de transferência de calor e de perda de carga, que são impactados principalmente pela entrada de dutos de ar. Os cálculos numéricos consideraram escoamentos tridimensionais, em regime permanente, incompressíveis e turbulentos; e foram baseados no método dos volumes finitos. Os cálculos de escoamento turbulento foram realizados com procedimentos baseados em equações médias (RANS), utilizando o modelo k-omega SST (Shear-Stress Transport) como modelo de turbulência. Métricas de qualidade de malha foram monitoradas e as incertezas devido à erros de discretização foram avaliadas por meio de um estudo de independência de malha e aplicação de um procedimento de estimativa de incertezas com base na extrapolação de Richardson. A validação do método numérico desenvolvido pelo presente trabalho (especificamente para simular o comportamento dinâmico do escoamento e obter numericamente o coeficiente de perda de carga do escoamento ao entrar no duto de ar e atravessar o núcleo do estator de um hidrogerador) é realizada comparando os resultados numéricos com dados experimentais publicados por Wustmann (2005). Os dados experimentais foram obtidos como referência por um teste de modelo. A comparação entre os resultados numéricos e experimentais mostra que a diferença da perda de carga para números de Reynolds mais elevados do que 5000 é no máximo de 2%, enquanto que para números de Reynolds inferiores, a diferença aumenta significativamente e atinge 10%. A hipótese mais razoável para a maior discrepância para número de Reynolds menores é a possível influência de instabilidades do escoamento no experimento, fazendo com que o regime seja não-permanente. Conclui-se que o método numérico proposto é validado para a região superior do intervalo analisado. Além da validação pelo ensaio de modelo, medições de campo foram executadas, a fim de confirmar os resultados numéricos. As medições de perda de carga no núcleo do estator de um hidrogerador real era um desafio. No entanto, apesar de todas as dificuldades e consideráveis incertezas da medição campo, o comportamento das curvas de tendência ficou alinhado com resultados numéricos. Finalmente, uma série de cálculos numéricos, variando parâmetros geométricos do design da entrada do duto de ar e dados operacionais, foram executados a fim de se obter curvas de tendência para coeficientes de perda de carga (resultados deste trabalho) a serem aplicadas diretamente à rotinas de cálculos analíticos de sistemas completos de ventilação de hidrogeradores. Paralelamente à isso, o cálculo térmico numérico foi executado na simulação do protótipo, a fim de se definir o coeficiente de transferência de calor por convecção.

A presente pesquisa trata de um estudo experimental da transferência de calor e da perda de carga de fluidos refrigerantes puros e suas misturas em mudança de fase convectiva no interior de tubos lisos e aqueles dotados de ranhuras internas. Para tanto, foi desenvolvido um equipamento experimental cujo componente básico é composto por um tubo horizontal, aquecido por intermédio de uma resistência elétrica do tipo fita, aderida à superfície externa do tubo. As condições de ensaio variaram numa ampla faixa, permitindo cobrir as condições verificadas na maioria das instalações frigoríficas. Os resultados experimentais foram agrupados em duas faixas de velocidades mássicas: elevadas (G > ou = 200 kg/s.m2), onde prepondera o padrão anular de escoamento, e reduzidas (G < 200 kg/s.m2), predominando o padrão estratificado. Os principais parâmetros que afetam o coeficiente de transferência de calor, tais como, velocidade mássica, fluxo de calor, tipo de refrigerante, temperatura de evaporação e diâmetro do tubo foram analisados. O desempenho termo-hidráulico, relativo ao efeito combinado da transferência de calor e da perda de carga dos tubos ranhurados, foi sensivelmente superior quando comparados aos tubos lisos. A análise dos resultados experimentais permitiu a proposição de correlações para a perda da carga, avaliada através do multiplicador bifásico, &#966L, e para coeficiente de transferência de calor, em tubos lisos e ranhurados. As correlações propostas se mostraram adequadas para aplicações práticas, proporcionando desvios reduzidos em relação aos resultados experimentais. Destacam-se as correlações obtidas para o multiplicador bifásico para tubos microaletados e para o coeficiente de transferência de calor para vazões reduzidas em tubos lisos. Diversos registros fotográficos dos principais padrões de escoamento foram levantados, tendo sido importante na análise e entendimento da mudança de fase. / Present research deals with an experimental study of the heat transfer and pressure drop of pure and mixtures of refrigerants undergoing convective boiling inside horizontal smooth and microfin tubes. An experimental apparatus has been developed and constructed whose main component is a horizontal tube electrically heated. Experimental results have been grouped into two mass velocity ranges: the one corresponding to mass velocities lower than 200 kg/s.m2, where the stratified flow pattern is dominant, and that for mass velocities higher than 200 kg/s.m2, where typically the annular flow pattern can be found. Effects over the heat transfer coefficient of physical parameters such as mass velocity, heat flux, diameter, saturation temperature, and refrigerant have been investigated and analyzed. It has been found out that the thermo-hydraulic performance of microfin tubes is better than that of the smooth ones. Empirical correlations have been proposed for both the two-phase flow multiplier and the heat transfer coefficient for different ranges of operating conditions as well as for smooth and microfin tubes. Results from the proposed correlations can be deemed adequate for practical applications given the limited dispersion obtained with respect to their experimental counterpart. Noteworthy are the results obtained from correlations for both the two phase flow multiplier for microfin tubes and the heat transfer coefficient for the lower range of mass velocities in smooth tubes. Finally, worth mentioning is the photographic essay developed in present research involving the flow patterns that occur under convective boiling of refrigerants in horizontal tubes.

This research comprises an experimental and theoretical study on convective boiling inside tubes containing twisted-tape inserts. The demand for more compact and efficient thermal systems, in which the heat exchangers plays an important role, has led to the development and use of various heat transfer enhancement techniques. Among them twisted-tape insert as a swirl flow device is one of the most used. Twisted-tape inserts have been used for over more than one century ago as a technique of heat transfer enhancement applied to heat exchangers. However, the heat transfer augmentation comes together with pressure drop increment, impacting the pumping power and, consequently, the system efficiency. Moreover, until now it is not clear, the operational conditions under which the heat transfer coefficient augmentation by the use of twisted-tape inserts overcomes pressure drop penalty. In the present study, initially, extensive investigations of the literature concerning convective boiling inside plain tubes with and without twisted-tape inserts were performed. This literature review covers pressure drop, heat transfer coefficient and the leading frictional pressure drop gradient and heat transfer coefficient predictive methods during convective boiling inside tubes with and without twisted-tape inserts. Then, pressure drop and heat transfer coefficient results acquired in the present study were obtained in an experimental apparatus of 12.7 and 15.9 mm ID tubes during flow boiling of R134a for twisted-tape ratios of 3, 4, 9, 14 and tubes without inserts, mass velocities ranging from 75 to 200 kg/m2 s, saturation temperatures of 5 and 15°C and heat fluxes of 5 and 10 kW/m2. The experimental results were parametrically analyzed and compared against the predictive methods from literature. An analysis of the enhancement of the heat transfer coefficient and the pressure drop penalty is presented. Heat transfer coefficient increments up to 45% keeping the same pumping power and pressure drop penalty of about 35% were obtained by using twisted-tape relative to tubes without inserts. Additionally, through comparison of the present study experimental results with the predictive methods from the literature for heat transfer coefficient during two-phase flow inside tube containing twisted-tape inserts, it was verified that non of these methods predict satisfactory well the experimental results. However, a new method was develop for predicting the heat transfer coefficient during flow boiling inside tubes containing twisted-tape inserts based on the experimental results obtained in the present study. The predictive method takes into account the physical picture of the swirl flow phenomenon by including swirl flow effects promoted by the twisted-tape inserts. The proposed method predicts satisfactorily well the data obtained in the present study, predicting 89.1% of the experimental data within an error band of ± 30% and absolute mean deviation of 15.7%. / A presente pesquisa trata-se de um estudo teórico e experimental sobre a ebulição convectiva no interior de tubos com fitas retorcidas. A crescente demanda por sistemas térmicos mais compactos e eficientes, nos quais os trocadores de calor apresentam elevada relevância, tem motivado o desenvolvimento de inúmeras técnicas de intensificação de troca de calor, sendo que a utilização de fitas retorcidas é uma das técnicas mais adotadas. Fitas retorcidas são utilizadas como técnicas de intensificação de troca de calor há mais de um século. Entretanto o incremento da transferência de calor é acompanhado do aumento da perda de pressão, que por sua vez implica em aumento da potência de bombeamento, e consequentemente afeta a eficiência global do sistema. Adicionalmente, até os dias de hoje não há consenso sobre as condições operacionais em que o ganho com o incremento do coeficiente de transferência de calor é superior à perda devido ao aumento da perda de pressão. Neste estudo, inicialmente foi realizada uma extensa revisão da literatura sobre a ebulição convectiva no interior de tubos com e sem fitas retorcidas. Esta revisão aborda aspectos relacionados à perda de pressão e ao coeficiente de transferência de calor, juntamente com os métodos de previsão destes parâmetros. Foram realizados experimentos para determinação experimental de perda de pressão e coeficiente de transferência de calor, em aparato experimental contando com tubos horizontais com diâmetros internos iguais a 12,7 e 15,9 mm, para escoamento bifásico de R134a, razões de retorcimento iguais a 3, 4, 9, 14 e tubo sem fita, velocidades mássicas entre 75 e 200 kg/m²s, temperaturas de saturação iguais a 5 e 15°C, e fluxo de calor iguais a 5 e 10 kW/m². Os resultados experimentais foram analisados e comparados com estimativas segundo métodos disponíveis na literatura. Uma análise do aumento do coeficiente de transferência de calor e da perda de pressão friccional é apresentada. Foram verificados incrementos do coeficiente de transferência de calor de até 45% para a mesma potência de bombeamento, e aumento de perda de pressão de aproximadamente 35% para tubos com fitas retorcidas em relação aos tubos sem fita. Adicionalmente, através da comparação dos resultados experimentais com os métodos de previsão para coeficiente de transferência de calor, foi verificado que nenhuma metodologia apresentava previsões satisfatórias dos resultados. Portanto um novo método para previsão do coeficiente de transferência de calor durante ebulição convectiva no interior de tubos com fitas retorcidas foi desenvolvido com base nos resultados experimentais obtidos durante o presente estudo. O método proposto é função de parâmetros geométricos e do escoamento, e também de parâmetros físicos do escoamento rotacional induzido pela fita. A metodologia desenvolvida apresenta previsões satisfatórias dos resultados experimentais, prevendo 89,1% dos resultados experimentais com erro inferior a ± 30% e erro médio absoluto igual a 15,7%.

A vídeo-laparoscopia é uma inovação tecnológica que trouxe indiscutíveis vantagens e também novos desafios, incluindo nestes, as diretrizes para o reprocessamento adequado dos instrumentais e seus acessórios. A autoclavação dos instrumentais laparoscópicos desmontados é mais segura, uma vez que a condução térmica é facilitada. No entanto, são artigos complexos, compostos por múltiplas peças e a sua remontagem no momento da cirurgia traz transtornos às equipes cirúrgicas, correndo o risco do não funcionamento ou de danos às peças pela montagem inadequada. Existe um arraigado conceito, entre os profissionais da saúde, que para o sucesso da esterilização ser alcançado, é necessário o contato direto do vapor com todas as superfícies dos materiais submetidos à autoclavação sem considerar também o raciocínio do calor latente. A destruição microbiana por meio da esterilização pelo vapor está essencialmente relacionada ao calor latente, gerado pela condensação deste em contato com a superfície fria do material, promovendo a termocoagulação das proteínas microbianas. É uma prática comum nos hospitais brasileiros a realização da autoclavação de instrumentos previamente montados, apesar de não haver comprovação científica consistente dessa prática. Isto posto, esta investigação teve o objetivo de avaliar a eficácia do processo de esterilização a vapor dos instrumentais laparoscópicos previamente montados, comparando os seus resultados com os desmontados, considerada neste estudo a melhor prática. Tratou-se de uma pesquisa experimental, laboratorial, com abordagem quantitativa. Foram selecionados dois modelos de maior complexidade dentre os instrumentos laparoscópicos para realização do estudo, sendo eles: trocarte com válvula tipo janela rosqueada de 5mm, composto por cinco peças desmontáveis e pinça para dissecção de 5mm, composta por quatro peças desmontáveis. Cada peça dos instrumentais foi considerada como uma unidade amostral na análise microbiológica. Este estudo teve então como Grupo Montado: instrumentais laparoscópicos montados; Grupo Desmontado: instrumentais laparoscópicos desmontados; Grupo Contagem Microbiana: instrumentais laparoscópicos submetidos aos procedimentos de contaminação desafio, encaminhados diretamente para o teste de contagem microbiana. O inóculo para a contaminação desafio constitui-se de suspensão do Geobacillus stearothermophilus, na forma esporulada, acrescido de sangue de carneiro desfibrinado esterilizado. Todos os instrumentais foram contaminados desmontados com o inóculo desafio. Os grupos Montado e Desmontado foram submetidos aos processos de limpeza manual, complementada pela limpeza automatizada em lavadora ultra-sônica com retrofluxo, enxágüe em água corrente e sob pressão. Por fim, foi realizado o enxágüe com água destilada esterilizada e secagem com ar comprimido medicinal. Na seqüência, foi realizado sorteio para composição dos Grupos Montado e Desmontado. Os instrumentais foram embalados individualmente em papel grau cirúrgico e submetidos à esterilização a vapor em autoclave com pré-vácuo. Após a esterilização, os instrumentais foram avaliados quanto à eficácia da esterilização, por meio dos resultados dos testes de cultura microbiológica, utilizando o método de inoculação direta. No Grupo Montado foram recuperados os microrganismos teste em três peças de uma mesma pinça (3/48) e em três peças de um mesmo trocarte (3/60), enquanto que no Grupo Desmontado o microrganismo teste não foi recuperado nas unidades amostrais estudadas. Nas condições desse experimento, os resultados obtidos refutaram a hipótese inicial da pesquisa quanto à segurança da autoclavação das pinças e dos trocartes utilizados em cirurgia laparoscópica previamente montados / The video laparoscopy is a technological innovation that brought unquestionable advantages and, also, new challenges, like: the policies for the adequate reprocessing of the instruments and its permanent accessories. The steam sterilization of disassembled laparoscopic instruments is much safer, once that the thermal conduction is facilitated. However, laparoscopic instruments are quite complex articles; they are composed by many parts and the reassemblage in site at the moment of the surgery brings many inconveniences to the surgical team, like the possibility of the instrument’s malfunctioning or non functioning at all, or even damages to the instruments due to inadequate assembling. There is a strong belief among the Healthcare Professionals about the necessity of the direct contact of the steam with all the surface of the materials submitted to the steam sterilization, which is correct, however it doesn´t consider the latent heat assumption as well. The destruction of the microbiological material throughout the steam sterilization is essentially related to the latent heat, created by the vapor condensation when in contact with the instrument´s cold surface, promoting the thermal-coagulation of microbiological proteins. Many hospitals use the steam sterilization of previously mounted instruments, although there´s not any consistent scientific evidence about the efficiency of this practice. Once stated this point, this investigation´s aim was: evaluate the effectiveness of the steam sterilization process of the previously mounted, permanent laparoscopic instruments. It was an experimental laboratorial research, using a quantitative approach. Two models of permanent laparoscopic instruments of major complexity were chosen for the experiments: a trocar with a 5mm screw window valve, composed by five dismountable parts and a 5mm dissection clamp, composed by four dismountable parts. Each part of the instruments was considered as a sample unit on the microbiological analysis. This study it had the Assembled Group was: mounted laparoscopic instruments; the Disassembled Group was: disassembled laparoscopic instruments; the Microbiological Counting Group was: laparoscopic instruments submitted to the - challenge contamination - procedures, being directed straight to the test of microbiological counting. The inoculants material used for the challenge contamination consisted on the suspension of the Geobacillus stearothermophilus, in its spore form, plus defibrinated and sterilized sheep blood. All the instruments were contaminated, disassembled with the challenge inoculants material. The Assembled and Disassembled groups were submitted to the manual cleaning processes, enhanced by the automatic cleaning in an ultrasonic washer with retro-flux, rinsed in running and under pressure water. At last, a rinsing with distilled water was performed; the drying process was made with medicinal compressed air. Then, a sorting was performed to decide about the composition of the Assembled and Disassembled groups. The instruments were individually packed in surgical paper and submitted to the steam sterilization in a pre-vacuum sterilizer machine. After the sterilization, the instruments were evaluated according to sterilization effectiveness throughout the microbiological culture test´s results, using the straight inoculation method. In the Assembled Group the microorganism´s tests were recovered in three parts of one same clamp (3/48) and in three parts of the same trocar (3/60), in the Disassembled Group the test microorganism wasn´t recovered in any of the sample unities. The results, under the conditions of the experiment, refuted the hypothesis of safety in the usage of the steam sterilization in previously mounted used clamps and trocar in laparoscopy

A pesquisa realizada envolveu a avaliação experimental dos efeitos do fluido e da orientação do escoamento no desempenho de um dissipador de calor baseado na ebulição convectiva em microcanais. Estes dissipadores de calor são usados como uma nova aplicação para a refrigeração dos novos dispositivos eletrônicos que geram altas taxas de calor. Efetuou-se inicialmente uma extensa pesquisa bibliográfica sobre o escoamento monofásico e a ebulição convectiva em microcanais e em multi-microcanais através da qual levantou-se os principais métodos de previsão do coeficiente de transferência de calor e da perda de pressão. Então, utilizando o aparato experimental desenvolvido durante o mestrado de Do Nascimento (2012) avaliou-se a transferência de calor e perda de pressão de um dissipador de calor baseado em multi-microcanais paralelos. O dissipador de calor avaliado possui 50 microcanais retangulares dispostos paralelamente com 15 mm de comprimento, 100 µm de largura, 500 µm de altura e espaçados de 200 µm. Ensaios experimentais foram executados para o R245fa, fluido de baixa pressão utilizado em ciclos frigoríficos de baixa pressão, e R407C, fluido de alta pressão usado para conforto térmico, temperatura de saturação de 25 e 31°C, velocidades mássicas de 400 a 1500 kg/m²s, graus de subresfriamento do líquido de 5, 10 e 15°C, título de vapor máximo de até 0,38, fluxos de calor de até 350 kW/m², e para 3 orientações diferentes do dissipador de calor, horizontal, vertical com os canais alinhados horizontalmente e vertical com escoamento ascendente. Os resultados obtidos foram parametricamente analisados e comparados com métodos da literatura. Coeficientes de transferência de calor médios de até 35 kW/m² °C foram obtidos. Resultados adquiridos para o R245fa e R407C foram inferiores aos levantados por Do Nascimento (2012) para o R134a utilizando o mesmo dissipador. O fluido R407C apresentou frequências e amplitudes de oscilações inferiores aos fluidos R134a e R245fa. Nenhum método para o coeficiente de transferência de calor e perda de pressão proporcionou previsões satisfatórias dos dados experimentais. O modelo Homogêneo com viscosidade da mistura bifásica dada por Cicchitti et al. (1960) apresentou as melhores previsões da perda de pressão, já para o coeficiente de transferência de calor, os métodos de Bertsch et al. (2009) e Liu e Winterton (1991) apresentaram as melhores previsões. O dissipador com sua base posicionada horizontalmente fornece coeficientes de transferência de calor superiores enquanto sua base na vertical e escoamento ascendente verificam-se perdas de pressão inferiores. Imagens do escoamento bifásico foram obtidas com uma câmera de alta velocidade e analisadas. / This study presents an experimental investigation on the effect of the fluid and the footprint orientation on the performance of a heat spreader based on flow boiling inside micro-scale channels. This heat spreader is used in an electronics cooling application with high-power density. Initially an extensive investigation of the literature concerning single-phase and two-phase flow inside a single microchannels and multi-microchannels was performed. In this literature review the leading predictive methods for heat transfer coefficient and pressure drop are described. The experimental study was carried out in the apparatus developed by Do Nascimento (2012). The heat sink evaluated in the present study is comprised of fifty parallel rectangular microchannels with cross-sectional dimensions of 100 µm width and of 500 µm depth, and total length of 15 mm. The fins between consecutive microchannels are 200 µm thick. Experimental tests were performed for R245fa, low-pressure fluid used in low pressure refrigeration cycles, and R407C, high-pressure fluid used for heat comfort, saturation temperature of 25 and 31°C, mass velocities from 400 to 1500 kg/m² s, degrees of subcooling of the liquid of 5, 10 and 15°C, outlet vapor quality up to 0.38, heat fluxes up to 350 kW/m², and for the following footprint heat sink orientations: horizontal, vertical with the microchannels aligned horizontally and vertical with upward flow. The results were parametrically analyzed and compared again the predictive methods from literature. Average heat transfer coefficients up to 35 kW/m² °C were obtained. The results for R134a from Do Nascimento (2012) for the same heat sink presented heat transfer coefficients higher than R245fa and R407C. The fluid R407C presented oscillation of the temperature due to thermal instability effects with lower frequency and amplitude lower than R134a, and R245fa. None predictive method provided satisfactory heat transfer coefficient and pressure drop predictions of the experimental data. The Homogeneous model with the viscosity given by Cicchitti et al. (1960) provided the best pressure drop prediction while the heat transfer coefficient was best predicted by Bertsch et al. (2009) and Liu and Winterton (1991). The horizontal orientation of the footprint provided the highest heat transfer coefficients while the vertical footprint orientation with upward flow the lowest pressure drops. Images of the two-phase flow were obtained with a high-speed camera and analyzed.

Escoamentos sobre superfícies côncovas estão sujeitos à instabilidade centrífuga, dando origem a vórtices longitudinais, conhecidos como vórtices de Görtler. Esses vórtices são responsáveis por gerar distorções fortes nos perfis de velocidade. Como os vórtices são contra-rotativos, duas regiões surgem entre os mesmos: uma região de upwash e uma região de downwash. Na região de upwash o fluido próximo à parede é jogado para longe da mesma. Na região de downwash acontece o contrário, o fluido que se desloca a uma velocidade maior é jogado em direção à parede. Os vórtices se amplificam inicialmente de forma linear. À jusante na região não linear de desenvolvimento dos vórtices, a amplitude dos mesmos já é elevada, e há a formação de uma estrutura do tipo cogumelo com a distribuição da componente de velocidade na direção principal do escoamento . Essa nova distribuição de velocidade é tridimensional e difere em muito da camada limite obtida com a solução das equações de Blasius. Levando-se em consideração a camada limite térmica, já foi observado que, na média, há um aumento de transferência de calor na direção da parede. No presente trabalho, é verificado numericamente a transferência de calor na presença de vórtices de Görtler. Para tal, foi desenvolvido e implementado um código de simulação numérica direta espacial (DNS - do inglês Direct Numerical Simulation). Os resultados deste trabalho mostram a intensificação da transferência de calor através dos vórtices de Görtler, tanto no regime não-linear como na instabilidade secundária / Flows over concave surfaces are subject to centrifugal instability. It gives rise to stramwise vortices known as Görtler vortices. These vortices are responsible for generating strong distortions in the velocity profiles. As the vortices are counterrotating, two regions arise between them: a region of uowash and a region of downwash. In the upwash region, the fluid near the wall is convected away from it. In the downwash region the opposite happens, the fluid moving at a faster speed is moved towards the wall. The vortices initially amplify linearly in the downstream. When their amplitude is already high, in the non-linear development region, a mushroom-type structure, with the velocity distribution in the main flow direction, is formed. This new three-dimensional velocity distribution is different from the boundary layer obtained with the solution of Blasius equations. Taking into account a thermal boundary layer, on average, an increase in the heat transfer in the wall direction has been observed. In the present work, it is verified numerically the heat transfer in the presence of Görtler vortices. A simulation code was developed and implemanted usin Direct Numerical Simulation (DNS). The results of this work show the intensification of heat transfer through the Görtler vortices both in the non-linear regime and in the secondary instability