Neste trabalho, foi estudado o desempenho de um sistema constituído de torres de resfriamento e a sua integração em uma planta industrial de hidrogenação de butadieno. Caracterizou-se o desempenho das torres de resfriamento com base em um modelo fenomenológico, cujos parâmetros foram obtidos a partir da medição de variáveis operacionais reais. O processo de hidrogenação foi configurado em um simulador de processos, sendo o caso base estabelecido nas condições de projeto. Elaborou-se um módulo específico referente às torres de resfriamento, que foi integrado ao processo configurado no simulador. Em seguida, analisaram-se as interações das condições operacionais da torre de resfriamento no desempenho do processo industrial. / In the present work, the performance of a system composed of a cooling tower integrated in butadiene hydrogenation plant was studied. An experimental investigation was made to characterize the cooling towers based on a phenomenological model and in real process conditions. The hydrogenation process was configured on a process simulator and design specifications were considered as base case. A cooling tower module was developed and integrated to the process simulator. The interaction of the cooling tower system and the plant operation was investigated.

A pesquisa realizada tratou do estudo da transferência de calor e do fluxo crítico durante a ebulição convectiva no interior de canais de diâmetro reduzidos a partir de dados levantados em bancadas experimentais construídas para esta finalidade. Extensa pesquisa bibliográfica foi efetuada e os principais métodos disponíveis para previsão de coeficiente de transferência de calor, fluxo crítico e mapas de escoamento foram levantados. Os resultados obtidos foram parametricamente analisados e comparados com os métodos da literatura. Pela primeira vez para microcanais, resultados experimentais foram levantados por um mesmo autor em laboratórios distintos buscando verificar a tendência e comportamentos. Tal comparação tem sua importância destacada em face das elevadas discrepâncias observadas na literatura quando resultados de autores distintos, obtidos em condições similares, são comparados. Os resultados levantados foram utilizados na elaboração de modelos que consideram os padrões de escoamento observados em microcanais. A incorporação dos padrões permitiu o desenvolvimento de modelos mecanísticos para coeficiente de transferência de calor, fluxo crítico e critérios para a caracterização da transição entre macro e microcanais baseados na formação do padrão de escoamento estratificado e na simetria do filme líquido no escoamento anular. / This research comprises an experimental and theoretical study on flow boiling heat transfer and critical heat flux inside small diameter tubes based on data obtained in experimental facilities specially designed for this purpose. A broad literature review was carried out and the main methods to predict the heat transfer coefficient, critical heat flux and flow patterns were pointed out. The experimental results were parametrically analyzed and compared against the predictive methods from literature. For the first time, microchannels experimental results obtained by an unique researcher in distinct laboratories were compared and a reasonable agreement was observed. The importance of such a comparison is high-lighted for flow boiling inside microchannels due to the high discrepancies ob-served when results from independent laboratories obtained under similar experimental conditions are compared. Moreover, the experimental results obtained in the present study were used to develop correlations and models for the heat transfer coefficient and heat flux that takes into account the flow patterns observed in microchannels. The heat transfer coefficient and critical heat flux models were developed based on mechanistic approach. In addition, criteria to characterize macro to microchannel transition were proposed based in the occurrence of the stratified flow pattern and the liquid film symmetry under annular flow conditions.

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

Os sistemas de proteção contra gelo são comumente utilizados na aviação. O piccolo tubo, que é um dispositivo com vários furos por onde passam os jatos de ar quente que aquecem as superfícies a serem protegidas, é o mais utilizado. Dependendo do processo de manufatura, os furos podem variar desde um formato cilíndrico até um formato cônico. O objetivo deste trabalho foi analisar a influência da conicidade destes furos na transferência de calor com o lábio da entrada de ar. Os resultados mostraram que o impacto é mínimo. Para tal análise, foram utilizados tanto programas de geração de malha (ICEM), quanto de mecânica de fluidos computacional - (FLUENT). O modelo térmico foi validado com a vasta literatura disponível, que inclui tanto dados experimentais, quanto simulações que também utilizaram mecânica dos fluidos computacional.

A condução de calor em sólidos acompanhada de processo abaltivo é de grande interesse para vários problemas de engenharia, principalmente no campo aeroespacial. A solução deste tipo de problema, que envolve transferência de calor com mudança de fase, apresenta dificuldades relevantes devido ao movimento da fronteira, não conhecido a priori. A Técnica da Transformada Integral Generalizada foi adotada, neste trabalho, por ser uma ferramenta poderosa de método analítico, com isto facilitando consideravelmente o cálculo e proporcionando um equacionamento, cuja solução pode ser obtida através de método computacional convencional. Com a utilização da técnica adotada, a solução do problema cuja a fase ablativa, apresenta uma condição de contorno não linear, recai em sistemas de equações diferenciais ordinárias acopladas, os quais são resolvidos através de métodos numéricos. Os resultados obtidos são a profundidade ablativa do material fundido, a velocidade de ablação e o campo de temperatura. Estes resultados foram comparados com os valores obtidos na literatura para a placa. A transferência de calor, por ablação em placa finita submetida ao fluxo de calor transiente no contorno, é analiticamente estudada pela aplicação da técnica da transformada integral generalizada. O resultado deste estudo é comparado com os valores encontrados por Chung e Hsiao [3].

O conhecimento da distribuição de temperatura e velocidade no núcleo de um reator é necessária para a verificação dos limites do projeto estrutural, a análise de segurança, o desempenho do combustível, etc. O presente trabalho consiste no desenvolvimento do programa ATHELCORE, o qual representa uma expansão do modelo físico utilizado no programa ATHEL, para a análise termohidráulica do núcleo completo de reatores do tipo LMFBR, considerando a transferência de calor entre feixes. O tempo de execução do programa e a memória requeridos são reduzidos quando comparados a programas similares, tais como o COBRA-WC e o COMMIX, fornecendo uma descrição detalhada do campo de velocidade e temperatura. Os resultados obtidos do programa, em relação aos dados experimentais, são considerados satisfatórios.

A transferência de calor utilizando jatos impingentes tem se estabelecido como uma técnica efetiva para aquecimento ou resfriamento de uma superfície e é empregada em muitas aplicações de engenharia. Na indústria aeronáutica é empregado principalmente em sistemas de proteção, evitando a formação de gelo em superfícies expostas. A compreensão deste fenômeno é muito importante para se prever o desempenho do sistema de proteção. Este trabalho apresenta um estudo numérico de um jato impingindo numa superfície em regime permanente. Foram analisadas duas configurações do jato: um circular impingindo numa superfície plana e um jato expandindo através de uma fenda (slot) impingindo numa superfície côncava. As equações de conservação (massa, quantidade de movimento, energia) e turbulência são resolvidas pela Técnica de Volumes Finitos. Uma análise do caso bidimensional, laminar e turbulento, foi realizada. Há uma boa concordância dos resultados obtidos com os da literatura para o caso laminar. Já para o turbulento, necessitou-se de uma técnica de refinamento sucessivo de malha para se obter convergência e assim concordância com os dados da literatura. Um estudo tridimensional, laminar e turbulento, para o caso da placa plana também foi realizado. Adotou-se um procedimento para geração de malha totalmente hexahédrica para os casos tridimensionais. Os resultados obtidos apresentam boa concordância tanto para o caso laminar quanto para o turbulento. Para o caso da superfície côncava os estudos se concentraram no caso bidimensional, laminar e turbulento. Os resultados mostram que devido a curvatura, o número de Nusselt máximo ocorre no ponto de estagnação tanto para o laminar quanto para o turbulento. Verificou-se que o problema do jato impingente é geometricamente simples mas devido a grande curvatura das linhas de correntes e dos fortes gradientes das variáveis de fluxo, o problema se torna num grande desafio para os modelos de turbulência atuais. Mesmo os modelos de turbulência que foram implementados para o caso de jato impingente precisam ser usados com cautela.

Em projetos de oleodutos e gasodutos utilizam-se aços de alta resistência e baixa liga (ARBL), como o aço API 5L X80. Na soldagem multipasse destas tubulações, a zona afetada pelo calor (ZAC) do passe de raiz é submetida a um novo ciclo térmico pelos passes de soldagem subsequentes. Isto resulta em alterações nos valores das propriedades físicas. Nos aços ARBL, a ZAC de grãos grosseiros reaquecida intercriticamente (IC-ZACGG) pode se tornar uma zona frágil localizada, isto é, uma zona com maior dureza. Consequentemente, falhas estruturais podem ocorrer, ocasionando paradas não desejadas no transporte de fluidos. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia baseada no modelo de fontes de calor distribuídas de Mhyr e Gröng, para avaliar o fluxo de calor na soldagem considerando as propriedades físicas dependentes da temperatura. Estender a aplicação desta ferramenta em soldagens multipasses para identificar sub-regiões da ZAC de um passe anterior sendo afetada pela ZAC de passes subsequentes. As isotermas simuladas foram validadas através de medições realizadas em macrografias de juntas soldadas. Os ciclos térmicos simulados foram validados através das temperaturas máximas atingidas e pelos tempos de resfriamento de 800 a 500 ºC (?t8-5) dos ciclos térmicos experimentais. Ao aplicar a metodologia proposta, foi possível delimitar com acurácia as regiões reaquecidas da ZAC e analisar os efeitos dos passes subsequentes em cada uma das sub-regiões da ZAC do passe de raiz. A IC-ZACGG na região do passe de raiz foi localizada, mas não se comportou como zona frágil devido à boa soldabilidade do aço API 5L X80 comprovada pelos ensaios de dureza e de tenacidade ao impacto Charpy-V. / In pipelines projects, the high strength low alloy (HSLA) steels are used, such as the API 5L X80 steel. During the multipass welding of these pipes, the heat affected zone (HAZ) of the root pass is subjected to a new thermal cycle by the subsequent welding passes. This results in changes in the values of the physical properties. In the HSLA steels, the intercritical reheated coarse-grained heat-affected zone (IR-CGHAZ) can become a local brittle zone, that is, a region with greater hardness. Consequently, structural failures could happen, causing undesired shutdowns in fluid transportation. The objective of this work is to develop a methodology based on the distributed heat sources model of Mhyr and Gröng, to evaluate the heat flux in the welding considering the temperature-dependent physical properties. Extend the application of this tool in multipass welds to identify HAZ subregions of a previous pass being affected by the HAZ of subsequent passes. The simulated isotherms were validated through measurements made on macrographs of welded joints. The simulated thermal cycles were validated through the maximum temperatures reached and the cooling times from 800 °C to 500 ºC (?t8-5) of the experimental thermal cycles. By applying the proposed methodology, it was possible to accurately delimit reheated HAZ regions and analyze the effects of subsequent passes in each of the root pass HAZ subregions. The IRCGHAZ in the root pass region was localized, but it did not behave as a brittle zone due to the good weldability of the API 5L X80 steel as proven by the hardness and Charpy-V impact tests.

Os contêineres metálicos foram desenvolvidos para a utilização no setor de logística e transporte, mas por sua escala adaptável à das edificações e pela mobilidade e praticidade de instalação, tiveram sua utilização apropriada também pelo setor da construção civil. Essas instalações possuem diversas qualidades ambientalmente amigáveis, mas seu aspecto térmico é extremamente insuficiente: sem isolamento térmico, demandam alta carga térmica de refrigeração e aquecimento, no verão e inverno, respectivamente e, consequentemente, um alto consumo energético. Tal característica foi crucial para que se determinassem como objetivos da presente pesquisa investigar o comportamento térmico dessas construções metálicas, avaliar seus parâmetros de desempenho, conforto e estresse térmicos, por meio de uma ampla coleta de dados experimentais. O experimento com duração de um ano - contou com três tipologias de contêiner em escala real, sendo o primeiro em aço Tipo X sem isolamento térmico, o segundo com um isolamento térmico para o fenômeno da condução e o terceiro com isolamento térmico para o fenômeno da radiação. Os diferentes tipos de tratamentos térmicos proporcionaram melhorias à envoltória dos contêineres, chegando a uma diferença nas temperaturas internas de até 9 °C. Constatou-se a extrema necessidade de adequação do tipo de isolamento térmico dos contêineres ao uso a que tais instalações se destinam escritório ou alojamento, no caso dos canteiros de obras para que as características da envoltória minimizem de fato a demanda ou mesmo atinjam a eliminação da necessidade de condicionamento artificial. / Metal containers were developed to logistics and transportation sector, but as a result of their suitable scale to human occupation, and their mobility and installation convenience, their use was adopted by the construction sector. These installations have many environmentally friendly characteristics, but their thermal performance is extremely unsuitable for habitation: without thermal insulation, the containers have high cooling and heating thermal load, in summer and winter, respectively, and consequently, to achieve thermal comfort, a substantial amount of energy is consumed. This feature was important to determine that the researchs objectives were to investigate metallic constructions thermal performance, calculate their thermal performance parameters, thermal comfort and thermal stress through a wide collection of experimental data. The experiment with duration of one year was conducted in three real scale containers: all of them made of steel (called steel Type X): the first one had no thermal insulation, the second one had insulation for thermal conduction, and the third had a thermal barrier for radiation. This different types of thermal treatment provided improvement to the containers envelopes, achieving a difference in internal temperatures about 9 °C. The findings reveal that thermal insulation needs to correctly respond to the containers intended use office or accommodation, in the case of construction sites so that the envelopes characteristics can have an impact on minimizing energy demand or even eliminate the containers need for artificial heating and cooling.

A têmpera dos aços envolve a austenitização de uma peça seguida por um resfriamento rápido para promover a formação de microestrutura martensítica. É necessário avaliar os meios de têmpera para manter o processo de têmpera sob controle. Os parâmetros mais importantes no processo de resfriamento são o coeficiente de transferência de calor e/ou o fluxo de calor entre o meio de têmpera e a peça a ser resfriada. Um dos métodos de se avaliar os meios de têmpera (meios de resfriamento) e saber o que está acontecendo dentro da peça durante o resfriamento do ponto de vista térmico é o problema inverso de condução de calor. O problema inverso de condução de calor consiste na determinação de parâmetros como fluxo de calor, taxa de resfriamento e temperatura em qualquer posição através da peça, assim como o coeficiente de transferência de calor. Esses parâmetros são obtidos a partir de medições de temperatura em um ou mais pontos dentro da peça. O escopo deste trabalho foi desenvolver um software baseado no problema inverso condução de calor para avaliar meios de resfriamento para têmpera. A validação deste código foi feita usando água, óleo de soja, óleo mineral e solução aquosa de NaNO3. / Steels quenching involves part austenitization followed by a fast cooling to promote martensitic microstructure formation. It is necessary to evaluate quenchants in order to keep the quenching process under control. The most important cooling process parameters are the heat transfer coefficient and/or the heat flux between the quenchant and the part to be cooled. One of the methods to evaluate quenchants (cooling media) and to know what is happening inside the part during the cooling in the thermal point of view is the inverse heat conduction problem. The inverse heat conduction problem consists in the determination of parameters like heat flux, cooling rate and temperature in any position across the part, as well as the heat transfer coefficient. These parameters are obtained from temperature measurements in one or more points inside the part. The scope of this work was to develop a software based in the inverse heat conduction problem in order to evaluate quenchants for quenching. The validation of this code was made using water, soybean oil, mineral oil and NaNO3 aqueous solution.