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.

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.

In the last few decades, augmentation of heat transfer has emerged as an important research topic. Although many promising heat transfer enhancement techniques have been proposed, such as the use of longitudinal vortex generators, few researches deal with thermal optimization. In the present work, it was conducted an optimization of delta winglet vortex generators position and angles in a fin-tube compact heat exchanger with two rows of tubes in staggered tube arrangement. Two approaches were evaluated: Response Surface Methodology (Neural Networking) and Direct Optimization. Finite-Volume based commercial software (Fluent) was used to analyze heat transfer, flow structure and pressure loss in the presence of longitudinal vortex generators (LVG). The delta winglet aspect ratio was 2 and the Reynolds numbers, based on fin pitch, were 250 and 1400. Four vortex generator parameters which impact heat exchanger performance were analyzed: LVG position in direction x-y, attack angle (&#952;) and roll angle (&#7529;). The present work is the first to study the influence of LVG roll angle on heat transfer enhancement. In total, eight independent LVG parameters were considered: (x&#8321;y&#8321;&#952;&#8321;&#7529;&#8321;) for the first tube and (x&#8322;y&#8322;&#952;&#8322;&#7529;&#8322;) for the second tube. Factor Analysis method (software ModeFrontier) was used to study of the influence of these LVG parameters in heat exchanger performance. The effect of each LVG parameter on heat transfer and pressure loss, expressed in terms of Colburn factor (j) and Friction factor (f), respectively, were evaluated. The optimized LVG configurations led to heat transfer enhancement rates that are much higher than reported in the literature. Direct Optimization reported better results than Response Surface Methodology for all objective functions. Important interactions were found between VG1 and VG2, which influenced the results of Colburn (j) and Friction (f) factors for each Reynolds number. Particularly, it was found that the asymmetry of the LVG, in which the VG2 parameters strongly depend on the VG1 parameters, plays a key role to enhance heat transfer. Moreover, for each Reynolds number and each objective function, there is an optimal LVG arrangement. If the objective is to mitigate pressure drop, VG1 may be suppressed because its main goal is increasing the heat transfer downstream. On the other hand, VG2 was relevant for both increase the heat transfer and decrease the pressure drop. Roll angle had a strong influence on Friction factor (f), especially for VG1 and low Reynolds number. / Por muitos anos, a intensificação da transferência de calor tem despontado como um importante tópico de pesquisa. Embora existam muitas técnicas eficazes de intensificação da transferência de calor, como o uso de geradores de vórtices, poucos trabalhos de pesquisa lidam com a otimização. Neste trabalho, foi realizada a otimização das posições e ângulos dos geradores de vórtice longitudinal (LVG) tipo meia asa delta, considerando um trocador de calor tubo-aleta compacto com duas linhas de tubos desalinhados. Duas abordagens foram empregadas: Método da Superfície de Resposta (Neural Networking) e Otimização Direta. Um software comercial (Fluent), baseado na metodologia de volumes finitos, foi empregado na análise numérica da transferência de calor, estruturas vorticais e perda de pressão no escoamento, na presença de LVG. A razão de aspecto dos geradores de vórtice foi 2 e o número de Reynolds, baseado na distância entre as aletas, foram de 250 e 1400. Foram analisados quatro parâmetros dos LVG, os quais impactam na performance do trocador de calor: a posição do LVG na direção x-y, o ângulo de ataque (&#952;) e o ângulo de rolamento (&#7529;). O ângulo de rolamento foi primeiramente estudado neste trabalho. No total, oito parâmetros independentes do LVG foram considerados: (x&#8321;y&#8321;&#952;&#8321;&#7529;&#8321;) para o primeiro tubo e (x&#8322;y&#8322;&#952;&#8322;&#7529;&#8322;) para o segundo tubo. O método da Análise Fatorial (software ModeFrontier) foi aplicado no estudo da influência destes parâmetros dos LVG na performance do trocador de calor. Também foi avaliado o efeito de cada um destes parâmetros na transferência de calor e perda de pressão do escoamento, expressos em termos do fator de Colburn (j) e do fator de Atrito (f), respectivamente. As configurações otimizadas dos LVG, conduziram à taxas de transferência de calor maiores do que aquelas reportadas pela literatura. A Otimização Direta mostrou resultados melhores do que através da metodologia de Superfície de Resposta para todas as funções objetivas avaliadas neste trabalho. Importantes interações foram identificadas entre VG1 e VG2, os quais influenciaram nos resultados dos fatores de Colburn (j) e Atrito (f) para cada número de Reynolds. Particularmente, foi identificado que a assimetria dos LVG desempenha um papel fundamental na intensificação da transferência de calor, onde os parâmetros de VG2 dependem fortemente dos parâmetros de VG1. Além disso, para cada número de Reynolds e para cada função objetivo, existe uma configuração ótima dos parâmetros do LVG. Se o objetivo é a redução da perda de pressão global, VG1 poderia ser suprimido da modelagem, pois a sua principal função é aumentar a transferência de calor ao longo da aleta. Por outro lado, VG2 foi relevante tanto para aumentar a transferência de calor quanto para diminuir a perda de pressão. O ângulo de rolamento teve grande influência sobre o resultado do fator de Atrito (f), especialmente para VG1 e para baixo número de Reynolds.

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.

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

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

No presente trabalho são relatados os resultados obtidos por meio de ensaios de caracterização para os diferentes tipos de óleos vegetais (algodão, canola, girassol, milho e soja), no estado novo e puro, tais como viscosidade, número de acidez, índice de iodo, índice de saponificação, cromatografia gasosa, curvas de resfriamento e coeficiente de transferência de calor. Esses mesmos ensaios foram realizados também com as amostras de óleo de soja com diferentes concentrações de aditivos antioxidantes. As diferentes formulações feitas com óleo de soja foram submetidas a um processo de envelhecimento acelerado (durante 72 horas), suas propriedades foram comparadas com as de dois óleos minerais utilizados para têmpera. O mesmo foi feito para os óleos vegetais, estes porém foram envelhecidos durante 48 horas. Pode-se então, comparar qual amostra sofreu menor oxidação durante um mesmo tempo de envelhecimento e, desta maneira, avaliar qual aditivo antioxidante obteve melhor desempenho, retardando o processo de oxidação no óleo de soja. Esses estudos também permitiram verificar qual, dentre os óleos vegetais, possui as melhores propriedades para ser utilizado no tratamento térmico de têmpera. Amostras do aço AISI 4140 foram temperadas nos diferentes óleos estudados, obteve-se a curva de dureza e as micrografias óticas para cada amostra temperada. / In this work, the results obtained from the characterization of different vegetable oils (cotton, canola, sunflower, corn and soybean) are reported. The oils were evaluated at \"new condition\" and \"pure\" by viscosity, acid and iodine number, saponification, gas chromatography, cooling curves and heat transfer coefficient. These same analyses were also performed on samples of soybean oil containing various concentrations of antioxidant. The various formulations prepared with soybean oil were accelerated aged for 72 hours and their properties were compared with two mineral oils used for quenching. Likewise, the vegetable oils were aged for 48 hours long. Therefore, it was possible to identify which sample exhibited the lower oxidation process at the same aging time and, thus, evaluate the antioxidant additive that promoted the improved oxidation performance for soybean oil. Also, these studies allowed verifying which of the vegetable oils had the best properties to be used as quenchants. Samples of AISI 4140 steel were quenched in different oils and the hardness curve and optical microscopy for each sample were obtained.

Há a necessidade de prevenir formação de gelo nas asas e nos estabilizadores de aeronaves, pois as formas de gelo podem causar a degradação do desempenho aerodinâmico, o aumento de peso, bem como dificuldades de controle e manobra que, em casos críticos, leva a uma diminuição da margem de segurança operacional. Quando as aeronaves atravessam nuvens com gotículas de água sub-resfriadas, ou seja, em equilíbrio metaestável, o crescimento de gelo ocorre nas superfícies não protegidas. Usualmente, os sistemas antigelo térmicos de aerofólios são projetados, desenvolvidos e certificados com o auxílio de programas de simulação numérica. O presente trabalho visa desenvolver e implementar um modelo matemático para prever a transferência de calor e massa no escoamento bidimensional bifásico em torno de aerofólios de uso aeronáuticos, equipados com sistema de antigelo térmico operando em regime permanente. Em condições de formação de gelo, é necessário aquecer o bordo de ataque e controlar a temperatura da região protegida para que não ocorra formação de gelo. O sistema de aquecimento compensa os efeitos do resfriamento imposto principalmente pelos mecanismos acoplados de evaporação e transferência de calor por convecção, que são causados pelo escoamento do ar carregado de gotículas sub-resfriadas e pelo escoamento da água líquida residual. O modelo deverá estimar a distribuição de temperaturas de superfície e o coeficiente de transferência de calor com precisão ao uso em aplicações aeronáuticas. O presente trabalho implementou novos submodelos para: 1) estimar a molhabilidade da superfície do aerofólio por meio de um modelo matemático para caracterizar o escoamento da água líquida residual na padrão de filme e de filetes; 2) avaliar o comportamento dinâmico e térmico da camada-limite laminar e turbulenta por meio de análises integral e diferencial, que considera efeitos do gradiente de pressão, da transição laminar-turbulenta, da transpiração e da não uniformidade de temperatura da superfície e 3) estimar o início e o término da região de transição laminar-turbulenta. O presente trabalho seguiu um processo de desenvolvimento de código numérico que: verificou os resultados de cada submodelo separadamente para depois implementados no modelo do antigelo; validou os resultados da simulação de desempenho do sistema antigelo com os novos submodelos implementados. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios para o modelo do antigelo que utilizou os submodelos de ruptura de filme e formação de filetes pelo critério da Energia Mecânica Total Mínima, de camada-limite diferencial compressível e de previsão da transição laminar-turbulenta por correlações algébricas, que consideraram efeitos do gradiente de pressão e do nível de turbulência ao longe. / It is required to prevent ice accretion on wings and horizontal stabilizers because it may cause aerodynamic performance degradation, weight increase, flight control difficulties and, in critical cases, may lead to operational safety margins reduction. When aircraft flies through clouds containnig supercooled water droplets, which are in metastable equilibrium, ice will form in all non-protected surfaces. Usually, anti-ice protection systems are designed, developed and certified with a support from a numerical tool. The present describes the development and implementation of a mathematical model for prediction of heat and mass transfer in two-phase flow around airfoils, which are equipped with thermal anti-ice system and operating in steady state regime. Under icing conditions, it is necessary to heat and control the temperature of the airfoil surface at leading edge region to prevent ice formation. The heating system balances the evaporative cooling effects, which are caused by the coupled heat and mass convection transfer, imposed by the air flow loaded with supercooled water droplets and the runback water flow around the airfoil. The present work implemented submodels to: 1) estimate airfoil surface wetness factor by adopting a liquid water film flow model as well as a rivulet formation and flow model; 2) evaluate laminar and turbulent boundary layers with pressure gradient and laminar-turbulent transition over nonisothermal and permeable airfoil surface by implementing differential boundary layer analysis and 3) predict the onset position and length of laminar-turbulent transition region. The present paper followed a validation and verification process during the numerical code development. All sub-models results were verified separately against experimental data before their inclusion in anti-ice model.The results of anti-ice model with selected submodels were validated against reference cases. The results were considered suficiently accurate when solving the film breakdown and rivulets formation by total mechanical energy method, compressible boundary layer by differential analysis and laminar-turbulent transition prediction by algebraic correlations, which considered pressure gradient and freestream turbulence level.

No presente trabalho foi implementado um modelo matemático para simular o sistema antigelo eletrotérmico de um aerofólio. Por meio do programa ONERA2D simulou-se o escoamento potencial completo com velocidade 44,7 m/s (100 mph) e 89,4 m/s (200 mph) em torno de um aerofólio perfil NACA0012 de corda 0,914 m (3 pés) com ângulo de ataque de 0°, e calculou-se a eficiência de coleta local de gotículas de água com diâmetro mediano volumétrico de 20 &#956;m. Foram simuladas quatro condições de teste com diferentes distribuições de fluxo de calor nos aquecedores elétricos do sistema antigelo. O modelo previu a distribuição de temperaturas na superfície sólida do aerofólio e no filme de água líquida, e as distribuições de fluxo de água líquida sobre a superfície do aerofólio (\"runback water\") e de coeficiente de transferência de calor por convecção de calor entre a superfície do aerofólio e o escoamento gasoso. Os resultados da simulação obtidos com o modelo foram comparados com resultados experimentais da NASA e os resultados numéricos dos programas LEWICE/ANTICE (EUA) e CANICE (Canada). Para as regiões molhadas pelo filme de água líquida, obteve-se um desvio máximo de temperatura de 2,6°C entre os resultados do presente modelo e o resultados experimentais. Para as regiões secas, onde não existe o filme de água líquida sobre a superfície do aerofólio, obteve-se um desvio de máximo de temperatura de 8°C. As previsões para distribuição de vazão de \"runback\", posição do término do filme de água líquida foram comparadas com os resultados do programa LEWICE/ANTICE. O modelo desenvolvido simula com adequada aproximação os efeitos da transferência de calor e de massa por convecção entre a superfície não-isotérmica do aerofólio ou do filme de água líquida e o escoamento gasoso, bem como os efeitos da transição entre o escoamento laminar e o turbulento na camada limite dinâmica e térmica e ainda a influência do escoamento do filme de água líquida sobre o desempenho do sistema de antigelo do aerofólio. / An electro-thermal anti-ice system was simulated with a mathematical model developed in the present work. A 44.7 m/s (100 mph) and 89.4 m/s (200 mph) full potential flow around a 0.914 m (3 ft) chord NACA0012 airfoil with 0° angle of attack and the local water catch efficiency of 20 &#956;m median volumetric diameter droplets impingement were calculated by the numerical code ONERA2D. Four test conditions were simulated with four different heat flux distributions of the anti-ice system according to the experimental work developed at NASA. The model predicted distributions of solid surface and liquid water film temperatures, runback water flow and convection heat transfer coefficient between airfoil or water surface and gaseous flow. The simulated results obtained by the mathematical model developed were compared to NASA experimental results and the ones predicted by the numerical codes LEWICE/ANTICE (US) and CANICE (Canada). For the regions wetted by the water film, the present model provided 2.6°C maximum temperature deviations between the predicted results and experimental data. For the dry regions, where there is no liquid water on the airfoil surface, an 8°C maximum temperature deviation was obtained. The runback flow and water film ending point position were compared to LEWICE/ANTICE numerical results. The developed model predicts adequately the convection heat and mass transfer effects between the non-isothermal airfoil or liquid water film surface and the gaseous flow, as well the effects of laminar to turbulent flow transition within dynamic and thermal boundary layer and the influence of the liquid water film flow on the anti-ice system performance.

Este trabalho apresenta uma análise de termosifões e seus números adimensionais. O modelo matemático considera pressão constante, escoamento monofásico e incompressível. O modelo simula tanto termosifões abertos quanto fechados, modelando as fontes quentes como núcleos de PWR ou aquecedores elétricos e as fontes frias como trocadores de calor ou reservatórios. O programa computacional STRATS foi desenvolvido baseado neste modelo. Os resultados mostram uma boa concordância tanto com os resultados analíticos quanto com os dados experimentais apresentados na literatura.