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Η παρούσα εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή μιας μονάδας ανεμομέτρου θερμού σύρματος (Hot wire anemometer). Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Θερμοκινητήρων του Τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η μελέτη, σχεδιασμός, κατασκευή και δοκιμή μιας μονοκάναλης μονάδας θερμού σύρματος σταθερής θερμοκρασίας (constant temperature anemometer CTA). Η μέθοδος του Hot wire anemometer χρησιμοποιείται για την έμμεση ταχύτητα της ροής, με βάση την συνεχή παρακολούθηση των θερμικών απωλειών γύρω από ένα θερμαινόμενο αισθητήρα. Το αποτέλεσμα δεν είναι μόνο συναρτήσει της ταχύτητας της ροής, αλλά επίσης και ορισμένων άλλων χαρακτηριστικών της ροής. Αρχικά μελετούνται και καταγράφονται οι βασικές αρχές που διέπουν την ανεμομετρία θερμού σύρματος. Στη συνέχεια αναπτύσσεται ο ηλεκτρονικός σχεδιασμός του ηλεκτρονικού κυκλώματος CTA. Ενώ αργότερα γίνεται η υλοποίηση του κυκλώματος στο λογισμικό Altium Designer μέσω της οποίας προκύπτει ο σχεδιασμός των πλακετών PCB. Επιπλέον περιγράφεται αναλυτικά η κατασκευή της διάταξης, περιγράφονται τα κυριότερα υποσυστήματα της και εξηγείτε αναλυτικά η αρχή λειτουργίας της. Τέλος γίνεται βαθμονόμηση του κυκλώματος, βαθμονόμηση του αισθητήρα και πιστοποιείται η σωστή λειτουργία της μονάδας λαμβάνοντας μετρήσεις στην έξοδο ενός τρισδιάστατου ακροφυσίου τύπου Boërger. / The present study deals with the design and construction of a "Hot Wire Anemometer" module. The work has been conducted in Thermal Engines Laboratory of the Mechanical Engineering and Aeronautics Department of the University of Patras, under the supervision of Professor Demos P. Georgiou. The purpose of the current study was the design, construction and testing of a single channel, Constant Temperature Hot Wire Anemometer unit (CTA). The Hot-wire anemometry is a method for indirectly measuring fluid flow velocity, based on monitoring the thermal losses in a heated measuring element. The result is a function of not only the flow velocity, but also of certain other flow parameters. Initially, some basic principles regarding the Hot Wire Anemometer are discussed and some aspects concerning the governing equations are also given. Furthermore, the development of the electronic CTA circuit shown, while later, the final circuit is implemented by employing the Altium Designer Software through which the Printed Circuit Boards (PCB) for the construction are finally obtained. After the detailed presentation of the device construction, the main components and subsystems are discussed in depth. In addition, the principle of operation is also explained in detail. Finally, a fine calibration is made for both, the electronic circuit and the sensor probe. The proper operation of the system as a final product is then certified by obtaining aerodynamic measurements at the exit of a three dimensional Boërger type nozzle.

Orientador: Alcides Padilha / Banca: Celso Luiz da Silva / Banca: Marcos Pinotti Barbosa / Resumo: Devido à extrema necessidade de se diversificar as fontes de energia renováveis, torna-se necessário a busca por métodos de reciclagem de energia pela utilização de rejeitos térmicos de equipamentos. Assim, o aproveitamento desses rejeitos pode ser utilizado, como uma nova fonte de energia, para o aquecimento de água e armazenamento da mesma em reservatório para uso doméstico. Devido a isso, é proposta a construção de um aparato experimental de um reservatório de armazenamento térmico cilíndrico, onde o objetivo da pesquisa será o levantamento dos coeficientes de desempenho relativo aos refrigeradores convencional e modificado, além de realizar uma análise da armazenagem da água quente, através da técnica da estratificação térmica utilizando um refrigerador com condensador modificado. O rejeito térmico coletado, através do princípio do termosifão, será armazenado na forma de energia térmica. Os resultados mostraram que os coeficientes de desempenho dos sistemas, calculados pelas técnicas relativas às perdas térmicas teóricas e experimentais, apresentaram grande diferença. Observou-se o comportamento dinâmico das termoclinas, através do efeito da estratificação térmica e a evolução das temperaturas em função do tempo, mostrando maior viabilidade do refrigerador modificado, gerando assim maior conforto térmico aos usuários além de produzir água quente para uso doméstico. / Abstract: Due to the extreme necessity to diversify renewable energy sources, the search for energy recycling methods through the utilization of thermal losses from equipment has become fundamental. Thus, these losses can be used as new source of energy for water heating and storage in Domestic Hot Water Storage Tanks (DHWST). For this reason, the construction of an experimental apparatus with a cylindrical thermal storage tank is proposed, in which the objective of the study will be a survey of the Coefficient of Performance concerning conventional and modified refrigerators, as well as to perform an analysis of hot water, through the thermal stratification technique using a refrigerator with a modified condenser. The collected thermal loss, as per the thermosiphon principle, will be stored as thermal energy. The results showed that the coefficient of performance for the systems, calculated using techniques for theoretical and experimental thermal losses, presented great differences. The dynamic behavior of the thermal distribution was observed through the thermal stratification effect and temperature evolution in terms of time, showing greater variability of the modified refrigerator generating more thermal comfort to users in addition to providing domestic hot water. / Mestre

A busca de melhoria de produtos siderúrgicos leva uma atenção especial para a área de aciarias. A introdução da metalurgia da panela, e portanto no refino secundário, contribuiu fundamentalmente para o aumento da qualidade do aço produzido. Um dos efeitos foi o aumento do tempo de residência do aço na panela, o que obrigou a utilização de materiais refratários de melhor qualidade. O controle da temperatura do aço líquido ao longo do processo de produção é de fundamental importância para se atingir os requisitos de qualidade e produtividade exigidos atualmente. Com o desenvolvimento de tecnologias siderúrgicas e a busca pela eficiência energética, torna-se necessário o conhecimento e redução das perdas térmicas do aço durante todo o ciclo produtivo. Neste trabalho foram estudadas, em uma aciaria elétrica a arco, as correlações entre as perdas térmicas das panelas através do conhecimento dos tempos de espera e do tempo de transporte das panelas do forno elétrico a arco até o forno-panela, além de comparar a temperatura do revestimento refratário de panelas com e sem isolante refratário. Melhorias no ciclo de panelas foram propostas visando diminuir as perdas térmicas das panelas, otimizar o ciclo de panelas e, consequentemente, reduzir o consumo de energia elétrica do forno-panela, diminuindo os custos envolvidos durante o processo de fabricação do aço. Os resultados apresentaram significância estatística entre o consumo de energia elétrica do fornopanela e as perdas térmicas das panelas. Através dos resultados obtidos observou-se que a minimização do tempo de espera da panela antes de iniciar o vazamento e a diminuição do tempo de transporte da panela até o forno-panela são fundamentais para diminuir as perdas térmicas nas panelas. / The search for improved steel products takes special attention to the melthops. The introduction of ladle metallurgy, and therefore the secondary refining, contributed essentially to increase the quality of steel produced. One effect was to increase the residence time of the steel in the ladle, forcing the use of refractory materials of better quality. Temperature control of liquid steel during the process is of fundamental importance for achieving the requirements of quality and productivity currently required. With the development of technologies and the reach of energetic efficiency, it becomes necessary to reduce the thermal losses during the steel production cycle. In this study the correlations between the thermal losses in the ladles through the knowledge of waiting times and transport times of the ladles to the of the electric arc furnace to the ladle furnace were determined as well as a comparison between temperatures of ladle refractory lining with and without refractory insulation. Improvements in the ladle cycle were proposed to reduce the thermal losses in the ladles and to optimize the ladle cycle and, consequently, to reduce the electric energy in the ladle furnace, reducing the costs involved during the manufacturing process of steel. The results showed statistical significance between the energy consumption in the ladle furnace and heat losses in the ladles. The results obtained showed that minimizing the waiting time of the ladle before the tap and reducing transportation time of the ladle to the ladle furnace are essential to reduce the heat losses in the ladles.

Made available in DSpace on 2016-04-01T17:55:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-08-29. Added 1 bitstream(s) on 2016-04-01T18:00:55Z : No. of bitstreams: 1 000505950.pdf: 2040911 bytes, checksum: 6a6c3699938e4a1059984533329b05ad (MD5) / Devido à extrema necessidade de se diversificar as fontes de energia renováveis, torna-se necessário a busca por métodos de reciclagem de energia pela utilização de rejeitos térmicos de equipamentos. Assim, o aproveitamento desses rejeitos pode ser utilizado, como uma nova fonte de energia, para o aquecimento de água e armazenamento da mesma em reservatório para uso doméstico. Devido a isso, é proposta a construção de um aparato experimental de um reservatório de armazenamento térmico cilíndrico, onde o objetivo da pesquisa será o levantamento dos coeficientes de desempenho relativo aos refrigeradores convencional e modificado, além de realizar uma análise da armazenagem da água quente, através da técnica da estratificação térmica utilizando um refrigerador com condensador modificado. O rejeito térmico coletado, através do princípio do termosifão, será armazenado na forma de energia térmica. Os resultados mostraram que os coeficientes de desempenho dos sistemas, calculados pelas técnicas relativas às perdas térmicas teóricas e experimentais, apresentaram grande diferença. Observou-se o comportamento dinâmico das termoclinas, através do efeito da estratificação térmica e a evolução das temperaturas em função do tempo, mostrando maior viabilidade do refrigerador modificado, gerando assim maior conforto térmico aos usuários além de produzir água quente para uso doméstico. / Due to the extreme necessity to diversify renewable energy sources, the search for energy recycling methods through the utilization of thermal losses from equipment has become fundamental. Thus, these losses can be used as new source of energy for water heating and storage in Domestic Hot Water Storage Tanks (DHWST). For this reason, the construction of an experimental apparatus with a cylindrical thermal storage tank is proposed, in which the objective of the study will be a survey of the Coefficient of Performance concerning conventional and modified refrigerators, as well as to perform an analysis of hot water, through the thermal stratification technique using a refrigerator with a modified condenser. The collected thermal loss, as per the thermosiphon principle, will be stored as thermal energy. The results showed that the coefficient of performance for the systems, calculated using techniques for theoretical and experimental thermal losses, presented great differences. The dynamic behavior of the thermal distribution was observed through the thermal stratification effect and temperature evolution in terms of time, showing greater variability of the modified refrigerator generating more thermal comfort to users in addition to providing domestic hot water.

A busca de melhoria de produtos siderúrgicos leva uma atenção especial para a área de aciarias. A introdução da metalurgia da panela, e portanto no refino secundário, contribuiu fundamentalmente para o aumento da qualidade do aço produzido. Um dos efeitos foi o aumento do tempo de residência do aço na panela, o que obrigou a utilização de materiais refratários de melhor qualidade. O controle da temperatura do aço líquido ao longo do processo de produção é de fundamental importância para se atingir os requisitos de qualidade e produtividade exigidos atualmente. Com o desenvolvimento de tecnologias siderúrgicas e a busca pela eficiência energética, torna-se necessário o conhecimento e redução das perdas térmicas do aço durante todo o ciclo produtivo. Neste trabalho foram estudadas, em uma aciaria elétrica a arco, as correlações entre as perdas térmicas das panelas através do conhecimento dos tempos de espera e do tempo de transporte das panelas do forno elétrico a arco até o forno-panela, além de comparar a temperatura do revestimento refratário de panelas com e sem isolante refratário. Melhorias no ciclo de panelas foram propostas visando diminuir as perdas térmicas das panelas, otimizar o ciclo de panelas e, consequentemente, reduzir o consumo de energia elétrica do forno-panela, diminuindo os custos envolvidos durante o processo de fabricação do aço. Os resultados apresentaram significância estatística entre o consumo de energia elétrica do fornopanela e as perdas térmicas das panelas. Através dos resultados obtidos observou-se que a minimização do tempo de espera da panela antes de iniciar o vazamento e a diminuição do tempo de transporte da panela até o forno-panela são fundamentais para diminuir as perdas térmicas nas panelas. / The search for improved steel products takes special attention to the melthops. The introduction of ladle metallurgy, and therefore the secondary refining, contributed essentially to increase the quality of steel produced. One effect was to increase the residence time of the steel in the ladle, forcing the use of refractory materials of better quality. Temperature control of liquid steel during the process is of fundamental importance for achieving the requirements of quality and productivity currently required. With the development of technologies and the reach of energetic efficiency, it becomes necessary to reduce the thermal losses during the steel production cycle. In this study the correlations between the thermal losses in the ladles through the knowledge of waiting times and transport times of the ladles to the of the electric arc furnace to the ladle furnace were determined as well as a comparison between temperatures of ladle refractory lining with and without refractory insulation. Improvements in the ladle cycle were proposed to reduce the thermal losses in the ladles and to optimize the ladle cycle and, consequently, to reduce the electric energy in the ladle furnace, reducing the costs involved during the manufacturing process of steel. The results showed statistical significance between the energy consumption in the ladle furnace and heat losses in the ladles. The results obtained showed that minimizing the waiting time of the ladle before the tap and reducing transportation time of the ladle to the ladle furnace are essential to reduce the heat losses in the ladles.

A busca de melhoria de produtos siderúrgicos leva uma atenção especial para a área de aciarias. A introdução da metalurgia da panela, e portanto no refino secundário, contribuiu fundamentalmente para o aumento da qualidade do aço produzido. Um dos efeitos foi o aumento do tempo de residência do aço na panela, o que obrigou a utilização de materiais refratários de melhor qualidade. O controle da temperatura do aço líquido ao longo do processo de produção é de fundamental importância para se atingir os requisitos de qualidade e produtividade exigidos atualmente. Com o desenvolvimento de tecnologias siderúrgicas e a busca pela eficiência energética, torna-se necessário o conhecimento e redução das perdas térmicas do aço durante todo o ciclo produtivo. Neste trabalho foram estudadas, em uma aciaria elétrica a arco, as correlações entre as perdas térmicas das panelas através do conhecimento dos tempos de espera e do tempo de transporte das panelas do forno elétrico a arco até o forno-panela, além de comparar a temperatura do revestimento refratário de panelas com e sem isolante refratário. Melhorias no ciclo de panelas foram propostas visando diminuir as perdas térmicas das panelas, otimizar o ciclo de panelas e, consequentemente, reduzir o consumo de energia elétrica do forno-panela, diminuindo os custos envolvidos durante o processo de fabricação do aço. Os resultados apresentaram significância estatística entre o consumo de energia elétrica do fornopanela e as perdas térmicas das panelas. Através dos resultados obtidos observou-se que a minimização do tempo de espera da panela antes de iniciar o vazamento e a diminuição do tempo de transporte da panela até o forno-panela são fundamentais para diminuir as perdas térmicas nas panelas. / The search for improved steel products takes special attention to the melthops. The introduction of ladle metallurgy, and therefore the secondary refining, contributed essentially to increase the quality of steel produced. One effect was to increase the residence time of the steel in the ladle, forcing the use of refractory materials of better quality. Temperature control of liquid steel during the process is of fundamental importance for achieving the requirements of quality and productivity currently required. With the development of technologies and the reach of energetic efficiency, it becomes necessary to reduce the thermal losses during the steel production cycle. In this study the correlations between the thermal losses in the ladles through the knowledge of waiting times and transport times of the ladles to the of the electric arc furnace to the ladle furnace were determined as well as a comparison between temperatures of ladle refractory lining with and without refractory insulation. Improvements in the ladle cycle were proposed to reduce the thermal losses in the ladles and to optimize the ladle cycle and, consequently, to reduce the electric energy in the ladle furnace, reducing the costs involved during the manufacturing process of steel. The results showed statistical significance between the energy consumption in the ladle furnace and heat losses in the ladles. The results obtained showed that minimizing the waiting time of the ladle before the tap and reducing transportation time of the ladle to the ladle furnace are essential to reduce the heat losses in the ladles.

This diploma thesis provides basic information about the thermal pumps and photovoltaic systems. The heat pumps are described regarding their construction and sources of low potential heat. The description of photovoltaic systems explains the main principle of transformation the solar light to electric power and possible cooperation of this systems with the heat pumps. In practical part of the thesis there is a description of the assessed building and calculation of its thermal losses. It is followed by three designs of the thermal pump systems which are supposed to replace the original way of heating - the electric boiler. One of the designs is supported by photovoltaic system. The final part of the thesis provides the calculation of required heat sources for house and water heating, the operation expanses of all three heat pump designs, prices of electric energy and economical reliability of described solutions.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-11-12T14:41:49Z No. of bitstreams: 1 rosmeryvioletaquispezavala.pdf: 2260352 bytes, checksum: 5065e53fcdfaaf4c24879ca0ea89cd54 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-11-23T11:06:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rosmeryvioletaquispezavala.pdf: 2260352 bytes, checksum: 5065e53fcdfaaf4c24879ca0ea89cd54 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-23T11:06:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rosmeryvioletaquispezavala.pdf: 2260352 bytes, checksum: 5065e53fcdfaaf4c24879ca0ea89cd54 (MD5) Previous issue date: 2018-08-13 / Apresentamos um modelo para a injeção de ar em um meio poroso que contém combustível sólido levando em conta as perdas térmicas para rocha circundante. Em trabalhos anteriores, o modelo foi simplificado e todas as sequências de ondas para a solução de problemas de Riemann foram obtidas sem levar em conta as perdas térmicas. Nesse trabalho, é feito um primeiro passo para entender o efeito das perdas de calor, que são importantes especialmente em experimentos de laboratório. Para provar a existência e unicidade da solução de ondas viajantes, os efeitos de difusão e a dependência da densidade do gás na temperatura são desconsiderados. Também são apresentadas simulações numéricas que validam os resultados obtidos, bem como simulações numéricas para um sistema mais geral que considera termos difusivos. Por fim são comparadas as soluções numéricas para ambos sistemas e um exemplo numérico com valores típicos dos parâmetros para um modelo de combustão é apresentado. / We present a model for the injection of air into an underground porous medium that contains a solid fuel. In previous works the model was simplified and all wave sequences for the Riemann problem solution were obtained without taking into account thermal losses to the surrounding rock. In that work the first step was made to understand the effect of heat losses, which are important especially in laboratory experiments. In order to prove of the existence and uniqueness of the traveling wave solution, diffusion effects and the dependence of gas density on temperature were disregarded. We will also present numerical simulations that validate the results obtained, as well as numerical simulations for a more general system that considers diffusive terms. Furthermore, we will compare the numerical solutions for both systems and a numerical example with typical values of the parameters for a combustion model is presented.

The work generally deals with the possibilities of preparing hot water in household and analyzes saving posibilities. At the beginning of work the history of hot water preparation is briefly indicated. Chapter 3 deals with different ways of heating. Described in more detail electric storage heating is in chapter 4, where can be found the effect of heating to the power network, especially to the daily load diagram. The following are the information of the tariff policy, as a tool for motivation of consumers, for using the storage heating. In the next part, beginning with the fifth chapter, is written about the possibility of energy saving by means of intelligently controlled boiler. That eliminates the disadvantage of storage heating, which are the tank thermal losses. Heating is based on a certain regularity in the behaviour of the user and manages the preparation of water according to expected consumption. The sixth chapter then contains design of own algorithm for economical control of heating and also energetic and economic assessment of potential savings.