Sistemas de climatização de bancos de veículos vêm sendo desenvolvidos e disponibilizados como solução de microclima em resposta à crescente demanda por conforto personalizado. A influência desses sistemas na ampliação do conforto térmico dos passageiros é comprovada, sejam eles de aquecimento ou de remoção de calor. No presente trabalho foram estudadas características da troca de calor, e sua relação com aspectos ergonômicos, de um passageiro com um banco de aeronave, com e sem ativação de sistema de aquecimento. Um manequim térmico do passageiro sentado, sem produção de suor, foi desenvolvido e calibrado térmica e ergonomicamente. Em relação às características da troca de calor entre o passageiro e o banco a partir dos testes realizados neste trabalho pode-se concluir que: o fluxo de calor local depende diretamente da pressão de contato na interface do passageiro com o banco; as alterações no fluxo de calor, por aumento do nível metabólico do passageiro (MET), tem relação inversamente proporcional à resistência térmica global do assento, ou seja, para maior nível de MET a resistência térmica diminui; e ainda que alterações na distribuição de pressão do assento por aumento ou redução de massa têm relação diretamente proporcional com a resistência térmica global do assento, ou seja, se a massa distribuída no assento diminui a resistência térmica global do assento também diminui. A partir dos resultados pode-se concluir que a metodologia utilizada e o manequim térmico desenvolvido permitem caracterizar adequadamente as oportunidades de otimização do banco e de seus sistemas de climatização para o conforto térmico do passageiro. / Vehicles seats acclimatization systems have been lately developed and delivered as microclimate solutions in response to the personal comfort increasing demand. The influence of such systems use on the improvement of passengers satisfaction with the ambient thermal comfort is well recognized, either heating or cooling the seat. In the present work the heat transfer characteristics at a passenger-to-seat interface were studied as well as its relation with other ergonomics aspects, in two different seat configurations, heated and not heated. A thermal manikin of the seated passenger was developed and calibrated thermal and ergonomically to simulate its sensible heat transfer. The heat transfer tests showed that: the local heat flow directly depends on the contact pressure at the passenger seat interface; changes on the heat flow caused by passenger metabolism (MET) modifications are inversely proportional to the seat global thermal resistance, i.e., the higher the MET the lower the thermal resistance; and modifications on the seat pressure distribution due to weight increase or decrease are directly proportional to the seat global thermal resistance, i.e., the lower the weight of the passenger the lower the seat global thermal resistance. Based on the results it may be concluded that the testing methodology and the developed thermal manikin adequately explore the opportunities for optimizing the seat and its systems toward the thermal comfort of the passenger.

Uma das maiores dificuldades que enfrentam os engenheiros responsáveis pelo conforto aeronáutico é proporcionar um bom nível de conforto térmico nas aeronaves. O espaço restrito entre os ocupantes, a pequena distância entre as fileiras de bancos, a grande variação de fontes térmicas e os campos de velocidade e temperatura de ar assimétricos, são alguns dos obstáculos que prejudicam as condições térmicas. Estes fatos têm levado a uma série de iniciativas em centros de pesquisa internacionais e no Brasil para melhor caracterizar a complexidade desse ambiente térmico e melhorar as condições de conforto térmico. No presente trabalho foram realizados estudos que lançam a base para a construção de uma metodologia numérica de análise do ambiente térmico de cabine e de avaliação de condições de conforto térmico em aeronaves. Os estudos compreendem a realização de trabalho experimental e de simulação utilizando CFD em seção de cabine de aeronave. Foram realizadas simulações e medições de temperaturas e velocidades do ar e de temperaturas equivalentes em seção de cabine de 12 passageiros, utilizando manequim térmico digital e experimental com 17 segmentos. As pessoas foram simuladas utilizando manequins com fontes de calor. Resultados do trabalho mostram que o modelo de turbulência k- realizável apresentou os melhores resultados com refinamento de malha que permita atingir y+ próximo de 4. Resultados numéricos e experimentais apresentaram uma boa correlação, tanto nos campos de velocidade e temperatura do ar, quanto nas temperaturas equivalentes. Finalmente, a utilização de manequins térmicos digitas e experimentais mostra ser uma boa ferramenta para análise do ambiente térmico em cabine de aeronave. / One of the most difficult tasks for the aerospace interior comfort engineers is to promote a good thermal environment inside the aircraft cabin. The restricted space, asymmetric air velocity and temperature fields and the great variation of thermal environment conditions are some of the obstacles to get good cabin thermal comfort conditions. These facts led to a significant number of international and national research initiatives to understand this complex thermal environment and improve the cabin thermal comfort. In this work some CFD and experimental studies were carried out to form the basis of a numerical cabin thermal comfort analysis methodology. Experimental and CFD analysis of the equivalent temperatures and air velocities and temperatures in a 12 seat cabin mock-up using an experimental and a digital 17 segments thermal manikin were performed. Occupancy was simulated with heated manikins. The results showed that the realizable k- turbulent model gave good results with a y+ around 4 at the manikin surface. Good correlation between numerical and experimental results led to an increased confidence in the use of experimental and digital thermal manikins to evaluate the aircraft cabin thermal ambient.

Uma das maiores dificuldades que enfrentam os engenheiros responsáveis pelo conforto aeronáutico é proporcionar um bom nível de conforto térmico nas aeronaves. O espaço restrito entre os ocupantes, a pequena distância entre as fileiras de bancos, a grande variação de fontes térmicas e os campos de velocidade e temperatura de ar assimétricos, são alguns dos obstáculos que prejudicam as condições térmicas. Estes fatos têm levado a uma série de iniciativas em centros de pesquisa internacionais e no Brasil para melhor caracterizar a complexidade desse ambiente térmico e melhorar as condições de conforto térmico. No presente trabalho foram realizados estudos que lançam a base para a construção de uma metodologia numérica de análise do ambiente térmico de cabine e de avaliação de condições de conforto térmico em aeronaves. Os estudos compreendem a realização de trabalho experimental e de simulação utilizando CFD em seção de cabine de aeronave. Foram realizadas simulações e medições de temperaturas e velocidades do ar e de temperaturas equivalentes em seção de cabine de 12 passageiros, utilizando manequim térmico digital e experimental com 17 segmentos. As pessoas foram simuladas utilizando manequins com fontes de calor. Resultados do trabalho mostram que o modelo de turbulência k- realizável apresentou os melhores resultados com refinamento de malha que permita atingir y+ próximo de 4. Resultados numéricos e experimentais apresentaram uma boa correlação, tanto nos campos de velocidade e temperatura do ar, quanto nas temperaturas equivalentes. Finalmente, a utilização de manequins térmicos digitas e experimentais mostra ser uma boa ferramenta para análise do ambiente térmico em cabine de aeronave. / One of the most difficult tasks for the aerospace interior comfort engineers is to promote a good thermal environment inside the aircraft cabin. The restricted space, asymmetric air velocity and temperature fields and the great variation of thermal environment conditions are some of the obstacles to get good cabin thermal comfort conditions. These facts led to a significant number of international and national research initiatives to understand this complex thermal environment and improve the cabin thermal comfort. In this work some CFD and experimental studies were carried out to form the basis of a numerical cabin thermal comfort analysis methodology. Experimental and CFD analysis of the equivalent temperatures and air velocities and temperatures in a 12 seat cabin mock-up using an experimental and a digital 17 segments thermal manikin were performed. Occupancy was simulated with heated manikins. The results showed that the realizable k- turbulent model gave good results with a y+ around 4 at the manikin surface. Good correlation between numerical and experimental results led to an increased confidence in the use of experimental and digital thermal manikins to evaluate the aircraft cabin thermal ambient.

Sistemas de climatização de bancos de veículos vêm sendo desenvolvidos e disponibilizados como solução de microclima em resposta à crescente demanda por conforto personalizado. A influência desses sistemas na ampliação do conforto térmico dos passageiros é comprovada, sejam eles de aquecimento ou de remoção de calor. No presente trabalho foram estudadas características da troca de calor, e sua relação com aspectos ergonômicos, de um passageiro com um banco de aeronave, com e sem ativação de sistema de aquecimento. Um manequim térmico do passageiro sentado, sem produção de suor, foi desenvolvido e calibrado térmica e ergonomicamente. Em relação às características da troca de calor entre o passageiro e o banco a partir dos testes realizados neste trabalho pode-se concluir que: o fluxo de calor local depende diretamente da pressão de contato na interface do passageiro com o banco; as alterações no fluxo de calor, por aumento do nível metabólico do passageiro (MET), tem relação inversamente proporcional à resistência térmica global do assento, ou seja, para maior nível de MET a resistência térmica diminui; e ainda que alterações na distribuição de pressão do assento por aumento ou redução de massa têm relação diretamente proporcional com a resistência térmica global do assento, ou seja, se a massa distribuída no assento diminui a resistência térmica global do assento também diminui. A partir dos resultados pode-se concluir que a metodologia utilizada e o manequim térmico desenvolvido permitem caracterizar adequadamente as oportunidades de otimização do banco e de seus sistemas de climatização para o conforto térmico do passageiro. / Vehicles seats acclimatization systems have been lately developed and delivered as microclimate solutions in response to the personal comfort increasing demand. The influence of such systems use on the improvement of passengers satisfaction with the ambient thermal comfort is well recognized, either heating or cooling the seat. In the present work the heat transfer characteristics at a passenger-to-seat interface were studied as well as its relation with other ergonomics aspects, in two different seat configurations, heated and not heated. A thermal manikin of the seated passenger was developed and calibrated thermal and ergonomically to simulate its sensible heat transfer. The heat transfer tests showed that: the local heat flow directly depends on the contact pressure at the passenger seat interface; changes on the heat flow caused by passenger metabolism (MET) modifications are inversely proportional to the seat global thermal resistance, i.e., the higher the MET the lower the thermal resistance; and modifications on the seat pressure distribution due to weight increase or decrease are directly proportional to the seat global thermal resistance, i.e., the lower the weight of the passenger the lower the seat global thermal resistance. Based on the results it may be concluded that the testing methodology and the developed thermal manikin adequately explore the opportunities for optimizing the seat and its systems toward the thermal comfort of the passenger.

[pt] Neste trabalho, foi desenvolvido um modelo termodinâmico para uma caldeira flamotubular, de três passes, operando em regime permanente com gás natural boliviano. Foi testado o impacto no cálculo da temperatura no final de cada passe de várias correlações de troca de calor encontradas na literatura. Um planejamento composto central permitiu avaliar simultaneamente o impacto da variação de seis parâmetros (diâmetro dos tubos no primeiro passe e nos dois passes seguintes, comprimento da caldeira, número de tubos no segundo e terceiro passe e porcentagem de excesso de ar na combustão) e obter um modelo polinomial empírico a fim de otimizar as eficiências energética e exergética de caldeira. Um teste de malha foi realizado com temperaturas no final da chama, câmara de combustão, segundo e terceiro passes e apontou que, a partir de 200 divisões em cada passe o impacto do volume não é mais significativo na temperatura. O modelo foi validado com dados experimentais, observando-se que a diferença entre os valores experimentais e teóricos das temperaturas do primeiro e segundo passes é inferior a 22,9 graus C e menor que 43,9 graus C no terceiro passe. Com os modelos polinomiais robustos obtidos com o planejamento de experimentos, foi possível observar os parâmetros mais significativos, tanto para as eficiências energética e exergética, assim como para a destruição de exergia. São por ordem decrescente de importância: o excesso de ar; as duas contribuições associadas ao comprimento da caldeira; o número de tubos nos segundo e terceiro passes e; o diâmetro dos tubos no segundo e terceiro passe e o diâmetro do tubo no primeiro passe. Além disso, foi possível quantificar o trade-off entre o aumento da superfície de troca de calor e a manutenção do nível de turbulência do escoamento. / [en] In this work, a thermodynamic model was developed for a three-pass firetube boiler operating in a steady state with Bolivian natural gas. The sensitivity in the temperature profile of various heat exchange correlations found in the literature was tested. A central composite design made it possible to simultaneously evaluate the impact of the variation of six parameters (diameter of tubes in the first and two subsequent passes, boiler length, number of tubes in the second and third passes and percentage of excess air in combustion) and obtain an empirical polynomial model to optimize boiler energy and exergetic efficiencies. A mesh test was performed with temperatures at the end of the flame, combustion chamber, second and third passes and pointed to from 200 divisions in each pass the impact of volume is no longer significant on temperature. The model was validated with data obtained experimentally, observing that the difference between the experimental and theoretical values of the temperatures of the first and second passes is less than 22.9 degrees C and less than 43.9 degrees C in the third pass. With the robust polynomial models obtained with the design of experiments, it was possible to observe the most significant parameters, both for energy and exergetic efficiencies, as well as for exergy destruction. They are, in decreasing order of importance: excess air; the two contributions associated with the length of the caldera; the number of tubes in the second and third passes and the diameter of the tubes in the second and third pass and the diameter of the tube in the first pass. In addition, it was possible to quantify the trade-off between increasing the heat exchange surface and maintaining the flow turbulence level.

[pt] A pasta de gelo é uma mistura de água e um aditivo, com finas partículas de gelo, apresentando uma alta densidade de energia térmica. O principal motivo de sua utilização deve-se à combinação do aproveitamento do calor latente na mudança de fase com capacidade de ser bombeado. O presente trabalho trata do estudo experimental sobre a transfe rência de calor e queda de pressão, com mudança de fase, utilizando uma mistura de propileno glicol - água com 13,8% de concentração em peso, num trocador de calor de placas com arranjo em U para 16 placas. Realizaram-se testes de troca de calor com escoamento em paralelo e contra-corrente, para duas condições de fração mássica de gelo e números de Reynolds para a pasta de gelo entre 150 e 425, com diferentes condições de carga térmica. Dos testes foram observados aumentos de até 25% no coeficiente global de troca calor, ao se incrementar a vazão e, conseqüentemente, o número de Reynolds da pasta de gelo. Com o aumento da fração de gelo melhora-se a capacidade de resfriamento, diminuindo o número de Nusselt da pasta de gelo. O coeficiente global de troca, porém, começa a diminuir. Na literatura esta relação ainda não está bem definida. Alguns autores relatam ganhos, perdas ou indiferença no coeficiente global. Resultados do coeficiente global e do número de Nusselt, nos modos paralelo e contra-corrente, não apresentaram grande diferença. A capacidade de resfriamento em contra-corrente foi maior, apresentando valores de efetividade cerca 10% acima dos resultados observados no modo paralelo. Os fatores de atrito encontrados variaram entre 0,030 a 0,085, o que concorda com os resultados apresentados por outros pesquisadores. Como era de se esperar, o fator de atrito diminui com o aumento da vazão mássica e de maneira inversa com o aumento da fração de gelo. / [en] Ice slurry is an aqueous solution from which ice crystals are formed. These crystals possess high energy density, in the form of latent heat. Furthermore, the fact of being a slurry makes it an excellent energy carrier, for it can be easily pumped. The present work presents an experimental procedure to assess the heat transfer and the pressure loss, with phase change, using a mixture of propyleneglycol and water, 13.8% weight, in a U-plate heat exchanger with 16 plates. Tests were carried out for both parallel and counter-flow configurations of the heat exchanger, for two different mass fractions of ice and with Reynolds numbers between 150 and 425 for the slurry. Different thermal loads were considered. The experiments showed increases of up to 25% in the overall heat transfer coeficiente when the slurry flow is increased, with consequent increase in the Reynolds number. By increasing the ice fraction the cooling capacity is improved, reducing the Nusselt number. In the literature, this relationship is not clearly defined, as some authors show gains in the heat exchange coefficient, losses, and some others did not observe any influence on this parameter. Regarding the heat Exchange configuration, i.e., parallel or counter-flow, neither the heat exchange coefficient, nor the Nusselt number suffered major influence. The effectiveness is up to 10% higher for the counter-flow configuration in comparison with the parallel configuration. The figures found for the friction coefficient, between 0,030 and 0,085, are in good agreement with the literature. As expected, the friction coefficient decreases when the mass flow is increased, and increases when the ice fraction is increased.