Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T21:19:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 108917.pdf: 3694726 bytes, checksum: 6c8c82c5c854b9e7b963e9ec35b3a431 (MD5) Previous issue date: 1996 / Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental do comportamento em regime transiente do coeficiente de troca de calor radial ao longo de um tubo de calor de cobre-água estriado axialmente. Este parâmetro é estimado pelo método de regularização seqüencial de primeira ordem, utilizando uma solução analítica por transformada integral, e uma numérica pelo método nodal para o problema da difusão de calor na parede e estrutura capilar. Foram obtidas curvas de variação do coeficiente de troca de calor radial em função do tempo para as fases de partida do tubo (startup), operação transiente, regime permanente e durante a secagem da estrutura capilar, causada por ebulição ou insufiência capilar. A análise do comportamento destas curvas em cada uma destas fases permitiu a identificação dos fenômenos de ebulição nucleada, tanto na fase de partida quanto em regime permanente e da ebulição de filme instável durante a secagem da estrutura capilar. Demonstrou-se que estes fenômenos dependem fortemente das condições iniciais de operação do tubo e podem ocorrer para níveis de potência bem abaixo dos limites operacionais. Os resultados em regime permanente foram comparados com dados extraídos da literatura, confirmando a validade dos resultados obtidos nesta tese.

Tese de mestrado. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T01:18:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 237601.pdf: 3791632 bytes, checksum: 44698d509e82c4485679ece5d91a73af (MD5) / Neste trabalho propõe-se o estudo experimental e teórico de mini tubos de calor, fabricados a partir de fios de cobre roliços, e soldados por difusão a placas de cobre planas, por um processo de fabricação desenvolvido pelo Laboratório de Tubos de Calor (LABTUCAL) em conjunto com o Laboratório de Soldagem desta universidade. Uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte em mini tubos de calor é apresentada. Baseado em um trabalho da literatura, foi desenvolvido um modelo matemático unidimensional para a previsão da máxima capacidade de transporte de calor do dispositivo. Os resultados dos modelos matemáticos foram comparados com resultados experimentais obtidos a partir de testes em ambiente de gravidade, conduzidos no laboratório e, em microgravidade, testados na Estação Espacial Internacional (ISS). Nos testes de laboratório, três fluidos de trabalho foram utilizados: água destilada, metanol e acetona, enquanto que na ISS, apenas água destilada foi utilizada. Este trabalho apresenta uma série de contribuições para o estado da arte em mini tubos de calor, sendo as principais: desenvolvimento de metodologia de fabricação dos dispositivos; desenvolvimento de modelo matemático que permitiu a análise da influência de parâmetros no seu desempenho térmico e resultados de testes do dispositivo em ambiente de microgravidade, inéditos no mundo. Nos mini tubos de calor desenvolvidos neste trabalho, o bombeamento do fluido de trabalho do condensador ao evaporador se dá pelo efeito de capilaridade, devido às pequenas ranhuras que se formam entre os fios e as chapas. Estudos mostraram que um dos principais desafios no presente desenvolvimento é a determinação da quantidade adequada de fluido de trabalho, necessária para a perfeita operação do mini tubo. Outro parâmetro de grande influência é o ângulo de contato entre fluido e parede (metal). Procedimentos de medição deste ângulo são também discutidos neste trabalho. Os testes em microgravidade dos mini tubos de calor foram financiados pela Agência Espacial Brasileira (AEB) e fazem parte da Missão Centenário, que culminou no lançamento da nave russa Soyuz em abril de 2006 para testes a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) realizados pelo Cel. Av. Marcos Pontes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:25:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 83714.pdf: 2198572 bytes, checksum: a08616614360f0805194436404225ff3 (MD5) Previous issue date: 1991 / O propósito deste trabalho é estudar os efeitos da condução de calor bi-dimensional em tubos de calor de condutância constante e as conseqüências da modificação das condições impostas pelo meio exterior sobre o desempenho destes, em regime permanente. Para tanto, uma solução do problema utilizando um método analítico inverso é apresentada. Em decorrência da constatação da preponderância do processo de condução de calor, a equação de Laplace é resolvida simultaneamente no invólucro e na estrutura capilar. Com a imposição das hipóteses simplificativas cabíveis, resolve-se um problema de Neumann conjugado a um problema misto. As equações da temperatura são obtidas com a utilização da segunda identidade de Green. Faz-se uso de funções de Green modificadas para o problema de Neumann, expandidas parcialmente e auto-funções. São apresentados os métodos de construção de tais funções e os resultados para três condições de contorno diferentes, impostas na parede externa do tubo. A boa concordância verificada na comparação dos resultados com dados experimentais obtidos de trabalhos anteriores valida a metodologia adotada. Com base nestes resultados é levada a efeito uma análise da influência dos parâmetros que regulam à transferência de calor em tubos de calor sobre o comportamento térmico. A discrepância observada nas comparações com modelos existentes é explicada em função da relevância dos efeitos da condução de calor bi-dimensional em tubos de calor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:33:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 97823.pdf: 2133833 bytes, checksum: 5cbd8f96f7ca17c3a634741841989700 (MD5) Previous issue date: 1993 / Inicialmente as equações das temperaturas do regime transiente para um tubo de calor de um simples componente são escritas. Elas levam em conta a distribuição bi-dimensional de temperatura no invólucro e na estrutura capilar. Um coeficiente de transferência de calor efetivo para a estrutura capilar do evaporador efetivo e um coeficiente de condutividade térmica efetiva para a estrutura capilar da secção adiabática e do condensador são consideradas. A temperatura do vapor é assumida constante com respeito a posição e é calculada através de balanço de massa e energia sobre o espaço do vapor. As soluções para as equações são obtidas analiticamente pelas técnicas de transformada de Laplace e separação de variáveis. Dois outros simples modelos são obtidos através de simplificações dessas equações. O comportamento em regime permanente é obtido facilmente pelo teorema do valor final. Os gráficos do método da resposta em freqüência são obtidos com a finalidade de determinar o comportamento dinâmico do tubo de calor. Os modelos são comparados e os resultados justificam a inclusão da distribuição bi-dimensional de temperatura.

Orientador: Kamal A.R. Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-18T00:28:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Murcia_Nelson_D.pdf: 2688608 bytes, checksum: 2191c42b6ded4535bb9d3ef243795a73 (MD5) Previous issue date: 1982 / Resumo: Neste trabalho, projetamos, analisamos e desenvolvemos tubos de calor no aspecto teórico e experimental. Na parte experimental, projetamos, contruimos e testamos diversos tubos de calor,obtendo,comparando e analisando seus principais parametros, que sao a condutancia térmica intrínsica e a taxa máxima de calor trocado. Com nossas otimizações geométricas, conseguimos aumentar a taxa máxima de transferência de calor em até 38%. Analisamos o efeito da inclinação na performance do tubo, e verificamos a influência da quantidade de fluido de trabalho nesta mesma performance. Na parte teorica, desenvolvemos e resolvemos as equações do escoamento do vapor, inicialmente através de um modelo semi-analítico, obtido pela separação de variáveis, e posteriormente com um modelo numérico através de diferenças finitas, obtendo todos os parametros do escoamento, tais como os campos de velocidades e pressões ¿Observação: O resumo, na íntegra poderá ser visualizado no texto completo da tese digital. / Abstract: In this work we designed,analyzed and developed heat pipes both in the theoretical and experimental viewpoint. In the experimental part, we designed, manufactured and tested some heat pipes getting,comparing and analyzing their principal parameter which are own thermal condutance and the maximum rate of heat changed. With our geometrical optimization we could increase the maximum rate of heat changed,tiel 38%. We analyzed the effect of the inclination in the performance of heat pipe and verified the influence qf the quantity of the work fluid in this same performance In the theoretical part, we developed and solved equa tions for the vapor flow, first through a semi-analitical model, obtained by variables separation and after with a numerical model through finite diference obtaining all the parameter of the flow, such as pressure and velocity field ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations. / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-12-27T03:10:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342310.pdf: 14105779 bytes, checksum: 85ee5f911ac61203a6c9e002e36e2edd (MD5) Previous issue date: 2016 / No presente trabalho de dissertação de mestrado, foi desenvolvido um protótipo em escala real de um receptor ou trocador de calor, projetado para operar junto à um concentrador solar parabólico com motor Stirling. Tal projeto foi desenvolvido em uma parceria entre o Laboratório de Tubos de Calor da Universidade Federal de Santa Catarina e a empresa sueca Cleanergy AB, que, desde 2008, comercializa sistemas de geração de energia elétrica através de motores Stirling, que utilizam ou a radiação solar ou a queima de biogás como fonte de calor. A empresa está desenvolvendo um novo equipamento híbrido capaz de gerar energia elétrica não apenas através da radiação solar ou queima de biogás, mas através das duas fontes simultaneamente. Este equipamento é assistido por um trocador de calor formado por um conjunto de termossifões de sódio. A participação do LABTUCAL no desenvolvimento do trocador de calor foi principalmente relacionada à seleção dos termossifões a serem empregados no trocador de calor. Assim, para definir as características dos termossifões de sódio, nove termossifões foram fabricados e testados em dezoito condições diferentes, visando o estudo da influência da inclinação, posição do evaporador, tipo de condensador, razão de enchimento e comprimento da seção adiabática. O processo de fabricação dos termossifões é descrito em detalhes. Gradientes de temperatura de até aproximadamente 800 °C foram observados na parede externa do condensador e motivaram a criação de um modelo de aleta com condutividade térmica efetiva para descrever o perfil de temperaturas do condensador. Dentre os resultados obtidos através da análise dos dados experimentais, dois destacam-se: o melhor desempenho dos termossifões de sódio com razão de enchimento de 80% quando comparados à razão de enchimento de 100% e a grande influência da taxa de calor rejeitado pelo condensador no perfil de temperatura do condensador. O LABTUCAL carregou todos os 48 termossifões (de 470 mm de comprimento e diâmetro interno de 18,04 mm, os quais foram carregados com 62,3 g de sódio, resultando em uma razão de enchimento de 80%) empregados no protótipo fabricado pela empresa Cleanergy AB. Testes preliminares no protótipo, realizados na sede da empresa, resultaram na geração de 7,61 kW de potência elétrica.<br> / Abstract : In this master's dissertation, a real scale prototype of a receiver or heat exchanger was developed. It was designed to operate in a concentrated solar dish Stirling engine. This project was developed in a partnership between the Heat Pipe Laboratory of the Federal University of Santa Catarina and the Swedish company Cleanergy AB, which, since 2008, sells electric power generation systems using Stirling engines heated by solar radiation or combustion of biogas. The company is developing a new hybrid equipment capable of generating electric power through not only solar radiation or biogas burning, but through both sources simultaneously. This equipment is assisted by a heat exchanger formed by a group of sodium thermosyphon. LABTUCAL participation in the development of the heat exchanger was mainly related to the selection of the thermosyphon employed in the heat exchanger. Therefore, to define the characteristics of the sodium thermosyphon, nine thermosyphon were manufactured and tested in eighteen different conditions in order to study the influence of the inclination, evaporator position, condenser type, filling ratio and length of the adiabatic section. The thermosyphon manufacturing process is described in detail. Temperature gradients up to approximately 800 °C were observed on the condenser external wall and led to the creation of an effective thermal conductivity fin model to describe the condenser temperature profile. Among the results obtained by analyzing the experimental data, two can be highlighted: the best performance of sodium thermosyphon with 80% filling ratio when compared to the filling ratio of 100% and the strong influence of the rate of heat rejected by the condenser in the condenser temperature profile. LABTUCAL charged all 48 thermosyphons (470 mm of length and internal diameter of 18.04 mm, which were charged with 62.3 g of sodium, resulting in a filling ratio of 80%) used in the prototype manufactured by Cleanergy AB. Preliminary tests on the prototype, performed at company s headquarters, resulted in the generation of 7.61 kW of electric power.

Orientador: Vivaldo Silveira Jr / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-01T00:47:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gratao_AnaCarolinaAmaral_M.pdf: 37222328 bytes, checksum: 9e616b01b5789dbb3cb443c56eec1b91 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Os trocadores de calor de tubo duplo são utilizados nas indústrias de alimentos nos processos de tratamento térmico. Um efetivo controle de temperatura destes sistemas complexos é fundamental à qualidade final dos produtos alimentícios, que normalmente apresentam características distintas quanto ao escoamento e à transferência de calor. O presente trabalho consiste na avaliação experimental do comportamento dinâmico da temperatura de saída de fluidos alimentícios newtonianos, com características reológicas e térmicas distintas, durante o processo de resfriamento em um trocador de calor de tubo duplo. Água, soluções de sacarose a 8 e 18% e açúcar líquido invertido a 75% foram utilizados como fluidos de teste. Os experimentos visaram a caracterização do comportamento transiente através das curvas de resposta da temperatura de saída dos produtos, obtidas sob perturbações das condições de operação da entrada do trocador. As variáveis de entrada, vazão mássica e temperatura dos produtos e vazão volumétrica do fluido térmico, foram perturbadas a partir das condições iniciais do processo, individual e simultaneamente, positiva e negativamente e em diferentes intensidades. Constatou-se as não linearidades das curvas de resposta entre as diferentes perturbações impostas ao processo. As múltiplas perturbações das variáveis de entrada, conduzidas de acordo com a metodologia do planejamento experimental, permitiram a análise dos efeitos individuais e de interações sobre a temperatura de saída dos produtos, "B", e sobre os parâmetros, "td" e "z", fornecendo assim, informações fundamentais para implementação de sintonia de controladores convencionais e não convencionais. / Abstract: Double pipe heat exchangers are used in food industries for thermal treatment processes, such as pasteurization of juices and fruit pulps. An effective control of temperature of these processes is extremely important for the :finalquality of the food products, which usually present different characteristics of flow and heat transfer. The present work consists in evaluating the dynamic behavior of the :final temperature of newtonians fluids, with different values of rheological and thermal properties, during cooling process in a double pipe heat exchanger. Water, sucrose solutions at 8 and 18% and inverted liquid sugar at 75% were used as test fluids. The experiments considered the transient behavior under disturbances of the operation conditions in the heat exchanger entrance, through the response curves, represented by the :finaltemperature of the products with time. The entrance variables, mass flow rates of the products, temperature of the products and volumetric flow rates of the thermal fluid were disturbed from the initial conditions, individual and simultaneously, positive and negatively, with different intensities. The response curves showed the non-linearity among the different disturbances imposed to the process. The multiple disturbances in the entrance variables, driven according to the methodology of the experimental design, allowed the analysis of the effects of each disturbance, as well as the effects of the interactions among them on the :final temperature of the products, "B", and on the parameters, "td" and "z", providing fundamental subsidies for conventional and non-conventional controllers' implementation. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T12:45:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho, uma investigação teórica e experimental foi desenvolvida para estudar o comportamento térmico de um dissipador de calor do tipo câmara de vapor. Uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte em dissipadores de calor com câmaras de vapor é apresentada, mostrando que a geometria proposta neste trabalho é original. Também são apresentadas correlações para a previsão de coeficientes de troca de calor por convecção externa ao dissipador, assim como para coeficientes de ebulição e condensação, fenômenos que ocorrem internamente à câmara de valor. Um modelo teórico baseado na analogia entre circuitos de resistências elétricas e térmicas foi desenvolvido para determinar as resistências térmicas total e global do dissipador de calor. Um segundo modelo teórico foi desenvolvido para obter a resistência térmica de um dissipador de calor convencional (maciço). Um aparato experimental foi construído no Laboratório de Tubos de Calor (Labtucal/Lepten) para a realização de testes, visando obter a distribuição de temperaturas e as resistências térmicas do dissipador de calor. Vários testes foram feitos variando-se parâmetros como: potência de entrada, razão de enchimento e inclinação do aparato experimental. Os dados experimentais são comparados com quatro modelos teóricos desenvolvidos, de forma a validar o modelo que melhor prevê o comportamento térmico do dissipador de calor. Outra análise experimental foi feita em relação à inclinação do aparato experimental, para verificar a influência do meio poroso da base da câmara de vapor. Resultados teóricos do modelo matemático, obtido para um dissipador maciço, foram comparados aos dados experimentais do dissipador de calor do tipo câmara de vapor, para comparar a performance térmica destas tecnologias, na transferência de calor. Finalmente, conclusões obtidas no presente trabalho e sugestões para desenvolvimentos complementares são apresentadas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianóplis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:50:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327914.pdf: 10937671 bytes, checksum: 39b61011d8c45ed87675c2ea6c11ee01 (MD5) Previous issue date: 2013 / O arrefecimento de células a combustível é uma preocupação atual da indústria nacional, particularmente no caso de células a combustível do tipo PEM, também conhecida por PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Diversas técnicas de resfriamento são descritas na literatura e consideradas como alternativas de projeto para garantir funcionamento adequado da célula. Em consequência das reações químicas, sua temperatura aumenta a ponto de secar a membrana polimérica, prejudicando o transporte dos íons de hidrogênio e, consequentemente, a geração de eletricidade. Nas unidades portáteis com baixa capacidade, a célula é resfriada pelo próprio ar de alimentação, soprado por ventiladores. São sistemas que geralmente trabalham com baixas densidades de potência e projetados para operar com ar como agente oxidante. Em unidades maiores, de alta densidade de potência, são recomendados sistemas de resfriamento através da circulação de água por canais usinados nas placas de grafite. No presente trabalho são estudados minitubos de calor como alternativa para o arrefecimento de uma unidade de 200 W, disponível no Laboratório de Combustão e Engenharia de Sistemas Térmicos (LabCET), no sentido de garantir operação no intervalo de temperatura requerido, entre 70 e 90 °C. O sistema de controle consiste em um conjunto de trinta minitubos de calor de aço inoxidável, cada um com comprimento de 100 mm, montados em paralelo. O tubo de calor é constituído por um invólucro selado contendo água deionizada como fluido de trabalho, sendo compreendido pelas regiões condensador e evaporador. Cada tubo passa por um processo de conformação que proporciona uma seção transversal triangular. Duas ranhuras axiais provêem o bombeamento capilar necessário para a recirculação do fluido de trabalho. Essa forma de controle representa uma alternativa de baixo custo de fabricação e tecnicamente viável do ponto de vista industrial. Testes foram realizados em tubos de calor individuais com potência aplicada em patamares previamente estabelecidos, entre 2 e 10 W. Um modelo matemático foi utilizado para avaliar o desempenho e principais parâmetros do tubo de calor, incluindo inventário do fluido de trabalho, temperatura de operação e limite capilar. Os resultados mostram que os tubos de calor testados são capazes de dissipar até 10 W, correspondentes à 1,4 W/cm² na seção do evaporador, com a temperatura abaixo de 90 °C, atendendo assim o arrefecimento requerido para a operação da célula.<br> / Cooling fuel cell is a current concern of the national industry, particularly inthe case of PEM fuel cell, also known as PEMFC (Proton Exchange MembraneFuel Cell). Several cooling techniques are described in the literatureand they are considered as design alternatives, to ensure proper functioningof the cell. As a result of chemical reactions, its temperature rises to thepoint of drying the polymer membrane, impairing the transport of hydrogenions and hence the generation of electricity. In low capacity portable unitsthe cell is cooled by the same supply air which is blown by fans. They aresystems that usually work with low power densities and designed to operatewith air as the oxidizing agent. In larger units with high power density,cooling systems by circulating water into channels machined on the graphiteplates are recommended. Mini heat pipes are studied in present work as analternative to cooling a 200 W unit available in the Laboratory of Combustionand Thermal Systems Engineering (LabCET), to ensure operation inthe required temperature range between 70 and 90 C. The control systemconsists of a set of stainless steel mini heat pipes, each one with 100 mmlength, assembled in parallel. The heat pipe consists of a sealed enclosurecontaining deionized water as the working fluid, consisting of the condenserand evaporator sections. Each tube undergoes a mechanical forming processwhich provides a triangular cross section. Two axial grooves provide thenecessary capillary pumping for the working fluid recirculation. This formof control represents a low-cost manufacturing alternative and technicallyfeasible of industrial point of view. Tests were performed in individual heatpipes with power applied at levels previously established between 2 and 10W. A mathematical model was used to evaluate the performance and mainparameters of the heat pipe, including the working fluid inventory, operatingtemperature and capillary limit. The results show that the tested heat pipesare capable of dissipating up to 10 W, corresponding to 1.4 W/cm2 in theevaporator section, with the temperature below 90 C thus meeting thecooling required for the cell operation.