Orientador: Liliane Maria Ferrareso Lona / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-26T22:03:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roque_MarciaCristina_M.pdf: 5114230 bytes, checksum: 67e5fd9f990f913fb01c8886791b8d08 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Dentro do contexto de minimização de custos e máximo retomo econômico aliado ao atual interesse pela preservação ambientaI, a minimização energética em uma indústria química vem ao encontro as principais tendências do mercado. Ao minimixar o gasto energético (fontes de aquecimento e resfriamento), a indústria estará reduzindo o custo de produção e consequentemente alterando diretamente o custo do produto fmal. Além disso, a empresa estará diminuindo o impacto ambientaI causado pelos processos de geração de energia (caldeiras e torres de resfriamento). Contudo, em plantas já existentes, qualquer alteração implica em custo e no caso de projetos ainda não implantados, o custo pode advir da implantação de novas unidades de troca térmica e tubulações, bem como de bombas e compressores, além de instrumentação. Neste contexto, o presente trabalho visa a elaboração de um "software" que gere a configuração da uma rede de trocadores de calor (R TC) que possa atender os requisitos energéticos com o mínimo custo possível através da otimização do número de unidades de transferência de calor e da área de troca térmica requerida por estes equipamentos. Isto será feito utilizando-se técnicas de análise técnico econômica, que se valem de correlações de custo que calculem o custo das unidades. As técnicas de otimização visam a redução da área de troca térmica e dos custos de implantação da RTC em conjunto. Para a síntese de uma RTC, existem métodos baseados em heurísticas e em modelos de otimização. No presente trabalho, visa-se a integração dos métodos heurísticos, a fnn de se aproveitar os pontos fortes dos métodos isolados. Outro ponto relativo aos trabalhos realizados até a atualidade é que o projeto dos trocadores de calor nem sempre é levado a cabo durante a síntese da RTC, o que pode levar a inviabilidade da implantação da rede devido a elevadas quedas de pressão nos equipamentos de troca térmica. No presente trabalho, serão levadas em consideração a queda de pressão dos trocadores e a redução na quantidade de calor realmente trocada por estes equipamentos em virtude de incrustações nos equipamentos. O cálculo dos coeficientes de troca térmica será efetuado pelos métodos de Bell Delaware e de Kem, a fim de facilitar uma comparação entre os resultados fornecidos por estes dois métodos e o projeto dos trocadores será efetuado em paralelo com a síntese da RTC. Com o projeto da RTC podem aparecer "laços" após a síntese, que senam "caminhos" com trocadores que podem ser eliminados sem prejudicar a troca térmica efetiva da RTC e que caso não sejam retirados podem afetar o custo anual total da RTC. Neste trabalho, será utilizado um algoritmo para quebra de laços baseado na construção da "Matriz de Incidência" proposta por Pethe et aI. (1989). Levando-se em consideração os múltiplos períodos de operação de um único processo químico, será efetuada uma análise de flexibilidade segundo a metodologia proposta por Ravagnani e Módenes (1996) / Abstract: In the context of cost minimization and maximum profit bond to the actual interest on environment preservation, the minimization of energy consumption in a chemical industry is c10se to the main market trends. When reducing energy consumption (heating and cooling sources), the industry will be reducing its production costs and consequent1y changing the product final cost. Besides this, the company will be reducing the environmental impact due to the energy generation processes (boilers and coolers). However, in existing plants, any change leads to costs and in case of not implemented projects, the cost increase can be due to the installation of new heat exchange units and pipes, as well as pumps and compressors and also instruments. For the HEN synthesis, there are methods based on heuristics and in optimization models. In the present work, it is sought the integration of these heuristic techniques in order to rescue the best of each of them. Another point relative to the works developed up to now is that the project of the heat exchange units are not always taken into account during the synthesis, what can lead to the impossibility of implementing the HEN due to high pressure drops in the heat exchange equipment. The calculation of the heat transfer coefficient is done by the Bell Delaware and Kem methods in order to make it possible to establish a comparison between the results given by these two methods and the project of the heat exchange unit will be done ÍI1 parallel with the synthesis. While the project of the HEN is ongoing, there may appear "loops", that would be paths formed by heat exchangers that can be eliminated without any harm to the effective heat exchange of the network and in case they are not removed, they may affect the annual cost of the HEN. In this work, it will be used a method based on the Incidence Matrix proposed by Pethe et aI. (1989). Taking into account the multiple periods of operation of a single chemical process, the flexibility analysis will be done according to the methodology proposed by Ravagnani e Módenes (1996) / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Alfredo de Almeida Vitali / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-27T08:47:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Schmidt_FlavioLuis_D.pdf: 27091958 bytes, checksum: 82ce0e0edc4da73190d61eec04fc4ccb (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Alimentos tipo "solid pack" são conhecidos como aqueles produtos particulados enlatados sob alto vácuo (25 pol Hg) processados termicamente, contendo aproximadamente 10% de líquido em relação ao volume da embalagem. Apesar desta tecnologia ser conhecida desde 1970, há relativamente poucos estudos a respeito do fenômeno de transferência de calor e sobre o uso de vapor ou água com sobrepressão de vapor como meio de aquecimento para este processo. Um sistema para a rotação tipo extremidade sobre extremidade das latas foi adaptado numa cuba acrílica. Esferas de polietileno de 11 mm de diâmetro foram utilizadas como simulantes de alimentos e testes de penetração de calor foram conduzidos em latas (73x95)mm, completamente cheias com as esferas, recravadas sob vácuo de O, 12,5 e 25 pol Hg; volumes livres de 23 e 38%, e velocidade de rotação de O,16 e 32 rpm. Termopares foram fixados ao longo da extensão das latas, perfazendo o perfil de temperatura nos processo. Testes em escala piloto realizados em autoclaves também foram executados e a temperatura no centro das esferas foi medida e comparada com valores estimados pelo método da função de transferência em z, com intuito de validar este método de predição. Os resultados demonstraram a influência do vácuo no tempo de processo, sendo os processos térmicos mais longos na ausência de vácuo, principalmente com 38% de volume-livre. Os pontos de aquecimento mais lento e mais rápido estiveram localizados, respectivamente, a 1/2 (maioria) e 1/5 da altura da lata, nos processos estáticos. O ponto de aquecimento mais lento nos alimentos enlatados tipo "solid pack" pode ser diferente dos alimentos convencionais, principalmente no caso de processamento estático. É essencial controlar o vácuo de recravação o qual deve ser considerado com ponto crítico de controle. A agitação incrementou os coeficientes de transferência de calor, observados pelo reduzido tempo de processo. O uso das funçôes de transferência em z demonstrou uma boa resolução e poderia ser utilizado para predição da temperatura das esferas e facilitar a obtenção de coeficientes de transferência de calor. / Abstract: Solid pack foods are known as those particulated heat processed canned product, closed under high vacuum (25 Hg inch) and containing aproximately 10% of the packadge volume in liquid. In spite of this technology is known since 1970, there are relatively few studies conceming on the heat transfer phenomena and the use of steam as heating medium. The objective of this work was to understand the heat transfer phenomena inside the can and some of the variables that affect the solid pack processo A controlled system for the end-over-end rotation of cans was adapted in a acrilic vessel. Poliethylene spheres (11 mm diameter) were used as simulant of foods and heat penetration tests were carried out in (73x95)mm cans, completely filled with the spheres, with closure vacuum of O, 12,5 and 25 in Hg; free volume of 23 and 38%, and rotation speed of O, 16 and 32 rpm. Thermocouples were fixed along the axis of the cans, showing the temperature profiles. Pilot tests were also performed in a retort and for these tests, the center temperature of the spheres was experimentaly determined and checked out with the theoretical z-transfer function method with the purpose of validate it. Results showed the influence of vacuum on the process time, mainly those at 38% free volume, being the thermal process longer at lower vaccum. The slowest and fastest heating points were located respectivelyat 1/2 (or 2/3) and 1/5 can height on the static tests. The slowest heating point in solid pack type canned foods may be different from those conventional convective products, mainly if static process takes place. It is essential to control the vaccum closure that was considered a critical control point. Agitation improved the heat transfer coefficients, observed by reduced process time. The z-transfer function method showed good performance and could be used for sphere temperature prediction and heat transfer coefficients determination. / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura, Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T14:52:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Benta_EdnaSantiago_D.pdf: 5782041 bytes, checksum: 9d6cfbaef9f969ec862ca4c60ac1ed9d (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: No presente trabalho foi estudado experimental e numericamente o processo de solidificação da água ao redor de tubos curvos com diferentes temperaturas de entrada do fluido remgerante e números de Dean, que quantificam o grau de curvatura do tubo. O principal objetivo fundamenta-se em analisar a influência desses parâmetros sobre a espessura da camada de gelo, uma vez que uma das principais aplicações deste trabalho consiste em levantar parâmetros de projeto para armazenadores de calor latente. A espessura da camada de gelo foi determinada fotograficamente, isto é, através de uma câmara de vídeo que capturava as imagens da camada em intervalos pré-determinados de tempo, e eram posteriormente digitalizadas. Foi desenvolvido um programa numérico condutivo, sendo utilizada a técnica de imobilização da fronteira móvel, e as equações diferenciais do modelo discretizadas pelo método de volumes finitos. COlTelações para Nusselt nas curvaturas externa e interna do tubo foram empregadas no modelo. Como foram poucos os trabalhos experimentais e teóricos encontrados relacionados à solidificação da água ao redor de tubos curvos, este trabalho vem contribuir neste sentido / Abstract: An experimental and theoretical investigation of water solidification around curves pipes with different brine inlet temperatures and Dean numbers, that quantify the curvature ratio of the pipe, was performed. The main objective of this work dea1s with the influence of these parameters upon the thickness ofthe frozen layer once one ofthe main application of this work consists on to obtain parameters that can be applied in the design of latent heat storage. The thickness of the frozen layer was assayed by photography, namely, a video camera was used in order to obtain images of the frozen layer at chosen time intervals and further digitized. A conductive numerical program has been developed using the moving boundary immobilization technique with the differential equations of the model discretized by the finite volume method. Nusselt correlations for the outer and inner tube curvature were used in this mode!. Few experimental and theoretical works have been found in the literature concerned to water solidification around curved tubes, therefore this work helps in this process understood / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Flávio Luis Schmidt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T16:23:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vieira_LuanaReis_M.pdf: 12427431 bytes, checksum: 43cbcc66f7d6f2b06d12185e0be5c71d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O mel pode ser definido como uma solução concentrada de açúcares. Possui enzimas,ácidos orgânicos e outros compostos. O aquecimento do mel é usualmente utilizado para descristalizar e facilitar o processamento. Atualmente na indústria o mel é aquecido por convecção forçada de ar e pode demorar de 4 a 7 dias, onerando o processamento. O emprego de altas temperaturas no mel pode alterar muitas de suas propriedades, como diminuição da enzima diastase e aumento do hidroximetilfurfural (HMF), importantes indicadores de qualidade. O objetivo do trabalho foi estudar o processo de descristalização do mel frente ao tratamento térmico em banho de água sob agitação,visando desenvolver métodos mais eficientes para a descristalização do produto. A partir dos dados da história térmica do mel, os parâmetros cinéticos de transferência de calor e os impactos do aquecimento nas propriedades do mel foram verificados. Foram utilizados três tipos de méis para avaliação de suas propriedades sob influência do aquecimento e determinação das cinéticas de reação. Avaliaram-se as alterações no pH, acidez, índice de formol e cor, além da atividade diastásica e conteúdo de HMF formados nas temperaturas de 50, 70 e 90ºC. Para os estudos de descristalização foram realizados 12 ensaios utilizando-se mel de eucalipto, safra 2010, aquecido nas temperaturas de 58, 75 e 95ºC e velocidades de rotação 0, 20, 30 e 40 rpm. O aquecimento a 50 e 70ºC não produziu importantes alterações na sua composição inicial, entretanto a 90ºC as alterações começaram a se evidenciar. Os resultados obtidos demonstraram que a formação de HMF e a destruição da diastase puderam ser descritos pelo modelo cinético de primeira ordem com Ea (energia de ativação) de 19,5 kcal/mol, z (índice térmico) de 27,7ºC e Q10 (quociente de velocidade) de 2,3; para a formação do HMF e Ea de 31,4 kcal/mol, z de 17,8ºC e Q10 de 4,3 para a degradação da diastase, sendo notada a maior dependência desta com a temperatura. Foram encontrados menores valores de fh (parâmetro do efeito da temperatura) com o aumento da agitação das embalagens e também com o aumento da temperatura empregada, sendo possível a partir da cinética das reações, estimarem as concentrações finais de HMF e diastase. O ensaio com melhores resultados para a descristalização do mel foi a 75ºC e 20 rpm onde o mel apresentou-se totalmente descristalizado e sem perdas significativas da qualidade. O fh encontrado para este ensaio foi de 16 min e coeficiente de transferência de calor 54,2 W/m2.ºC. Foi possível concluir que o uso de tratamento térmico em banho sob agitação para descristalização do mel melhora as propriedades de transferência de calor reduzindo o tempo total de processo, mantém as características de qualidade do mel em níveis aceitáveis, podendo ser empregado para otimização, rapidez de fluxo, eficiência da descristalização e aumento da produtividade nas indústrias / Abstract: Honey can be defined as a concentrated solution of sugars, containing many organic acids, pigments and other compounds. Heating of honey is usually utilized to dissolve the sugar crystals, making a more acceptable product. Nowadays, at big industries, honey is heated by forced air convection, which takes 4 to 7 days. This process is quite onerous,becoming a problem on honey processing. High temperatures can change many properties of honey, like decrease in diastase activity and increase in hydroxymetylfurfural (HMF) contents, important indicators of honey¿s quality. The aim of the present work was to study the liquefying crystallized honey process using thermal treatment in water bath under stirring, in order to develop more efficient methods of doing it. The work intended to verify, based on data from the thermal history of honey, the kinetic parameters of heat transfer and the consequences of heating on honey properties. To evaluate these consequences and to determine the reaction kinetics, three kinds of honey were used. The parameters: pH, acidity, formaldehyde contents and color, besides diastase activity and HMF contents were evaluated at 50, 70 and 90oC. To study liquefying crystallized honey process only eucalyptu's honey, crop 2010, was used. It was submitted to 12 essays, using temperatures of 58, 75 and 95oC, and stirring speed of 0, 20, 30 and 40 rpm. At 50 and 70ºC the changes observed in honey properties were not important, becoming significant at 90ºC. The results obtained demonstrated that production of HMF and degradation of diastase could be described by the kinetic model of first order with Ea of 19,52 kcal/mol, z of 27,7oC and Q10 of 2,32 for HMF production and Ea de 31,4 kcal/mol, z de 17,8ºC e Q10 de 4,27 for diastase. It was noted that diastase had the great temperature dependency. Increase in temperature and stirring speed of honey container, leds to decrease in fh (parameter of temperature effect) values. The reaction kinetics provided, in addition to kinetic parameters, estimated values of final concentrations of HMF and diastase. The essay with best results for liquefy crystallized honey was that of 75oC and 20rpm, in which honey was fully liquefied with no significant loss of quality. In this essay a fh value of 16 min and a heat transfer coefficient of 54,2 W/m2.OC were found. It was possible to conclude that use of heating treatment in water bath under stirring for liquefying crystallized honey improve the heat transfer properties, reducing total processing time,keep quality characteristics of honey at acceptable levels and, therefore, can be employed at the honey processor industries for optimization, flow quickness, efficiency in liquefying crystallized honey and increase in productivity / Mestrado / Tecnologia de Alimentos / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Luiz Fernando Milanez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T01:50:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santiago_Fabio_M.pdf: 8778625 bytes, checksum: 682efcdc5efb8549b7c4dbd3564ef87e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo deste trabalho é utilizar o método da integral dupla na obtenção de soluções analíticas aproximadas para problemas de condução térmica unidimensional em regime transitório. Sendo o método da integral dupla um refinamento do amplamente utilizado método da integral simples, também conhecido Karman-Pohlhausen para a camada limite ou método de Goodman para mudança de fase, inicialmente foi proposto um minucioso estudo do capítulo Application of Integral Methods to Transient Nonlinear Heat transfer, cujo objetivo era compreender o funcionamento deste método, assim como selecionar os problemas apresentados neste trabalho. Posteriormente realizou-se o estudo do artigo primordial de aplicação do método da integral dupla publicado por Volkov, bem como dos principais trabalhos envolvendo o método da integral dupla. Ao todo foram selecionados seis casos do trabalho original de Goodman, os quais foram resolvidos com o uso do método da integral dupla para perfis quadrático e cúbico. A escolha de perfis polinomiais se justifica uma vez que estes são de fácil manipulação diante das operações de diferenciação e integração comum os métodos integrais, além disso, o uso de perfis de grau distinto tem como objetivo mostrar a influência da variação deste na obtenção de melhores aproximações. De modo a convalidar os resultados apresentados pelo método da integral dupla, estes foram comparados com as soluções analíticas exatas presente na literatura assim como, com as soluções aproximadas apresentadas por Goodman e com a solução numérica obtida pelo método de volumes de controles. Os resultados obtidos neste trabalho revelam o melhor desempenho do método da integral dupla quando comparado com os resultados obtidos por Goodman em seu trabalho anteriormente citado / Abstract: The objective of this work is to use the method of the double integral to obtain approximate analytical solutions for one-dimensional heat conduction problems in the transitional regime. As the method of a double integral refinement of the widely used simple integral method, also known Karman-Pohlhausen for the boundary layer or the Goodman method for phase change, was initially proposed a thorough study of Chapter Application of Integral Methods to Transient Nonlinear Heat transfer, the objective of which was to understand the functioning of this method as well as selecting the problems presented in this paper. Subsequently we carried out the study of the primary article of the method of the double integral posted by Volkov as well as major works involving the method of double integral. In all six cases were selected from the original work of Goodman, which were solved using the method of the double integral for quadratic and cubic profiles. The choice of polynomial profiles is justified as they are easy to handle before the operations of common differentiation and integration methods, moreover, the use of profiles of different degree is intended to show the influence of the variation in obtaining better approximations. In order to validate the results presented by the method of the double integral, they were compared with the exact analytical solutions in the literature as well as with the approximate solutions presented by Goodman and the numerical solution obtained from a volume control. The present results show the improved performance of the method of the double integral compared with the results obtained by Goodman in their work cited above / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T15:36:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Osorio_WisleiRiuperRamos_M.pdf: 6164971 bytes, checksum: 3efe6b504cd00467c0800c4d3cdf5d0c (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: A imposição de uma ampla gama de condições operacionais nos processos de fundição e solidificação gera, como conseqüência direta, uma diversidade de estruturas de solidificação. Parâmetros estruturais, tais como tamanho de grão e espaçamentos dendriticos são fortemente influenciados pelo comportamento térmico do sistema metal/molde durante a solidificação, consequentemente impondo uma estreita correlação entre o sistema descrito e a microestrutura resultante. As propriedades mecânicas de uma liga dependem do arranjo microestrutural decorrente da solidificação. Sobre essas circunstâncias, o comportamento mecânico da liga, representado pelas tensões e/ou deformações, será definido pelo tamanho de grão, espaçamentos dendriticos, eventuais porosidades e partículas ou outras fases segregadas. Expressões que correlacionem o comportamento mecânico com os parâmetros microestruturais são bastante úteis para um planejamento prévio das condições de solidificação em função de um determinado nível resistência mecânica que se pretenda alcançar, como exemplo, estabelecer um caminho de programação tanto da microestrutura, bem como das propriedades mecânicas. O objetivo nesse trabalho é investigar a influência da transferência de calor na microestrutura de solidificação de ligas Zn-AI e a correlação com as propriedades mecânicas. Os resultados experimentais incluem os coeficientes variáveis de transferência de calor metal/molde e molde/ambiente (h;) e (hAmb), espaçamentos dendriticos secundários (Â2), tempo local de solidificação (tSL) e limite de resistência à tração (ou ), em função das condições de solidificação impostas pelo sistema metal/molde / Abstract: The imposition of a wide range of operational conditions in foundry and casting process generates, as a direct consequence, a diversity of solidification structures. Structural parameters such as grain size and interdendritic spacings are highly influence by thermal behavior of the metallmould system during solidification, consequently imposing a close correlation between the described system and resulting microstructure. The mechanical properties of an alloy depend on solidification microstructural arrangement. Under this circumstance, the mechanical behavior of the alloy, represented by stresses andlor strains, will be defined by grain size, interdendritic spacings, casual porosities, segregated products and other phases. Expressions correlating the mechanical behavior with microstructure parameters are very useful for a previous planning of the solidification conditions in terms of a determined leveI of mechanical resistance which is intended to be attained, i.e. to settle a way ofprogramming the microstructure and the mechanical properties as well. The aim of the present work is to investigate the influence of heat transfer on solidification microstructure of Zn-Al alloys and the correlation with mechanical properties. Experimental results include transient metal/mould and moldlenvironment heat transfer coefficients (h;) and (hAmb) , secondary dendrite arm spacings (Â2), local time solidification (tSL) and ultimate tensile strength (Oü) as a function of solidification conditions imposed by the metallmould system / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marcelo Moreira Ganzarolli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T02:18:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Franco_AdmilsonTeixeira_D.pdf: 2688564 bytes, checksum: f202fe5c772924ee18201d9e7a10fc21 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho estuda-se a influência de uma parede formando um canal vertical quando é posicionada frontalmente a uma cavidade aberta. São consideradas duas condições de contorno para a parede posicionada em frente à cavidade: parede isotérmica à temperatura ambiente e parede adiabática. As paredes horizontais da cavidade aberta são adiabáticas e a parede vertical é mantida aquecida. A razão de aspecto da cavidade aberta, B = L/H, assume os valores 0,5, 1,0, 3,0 e 6,0, onde L é a largura e H a altura da cavidade. A faixa do número de Rayleigh estudada é de 103 a 107 e o número de Prandtl foi fixado como 1,0. É feita a análise da influência da razão de aspecto da cavidade e das condições de contorno da parede frontal sobre o valor do número de Nusselt médio, bem como o padrão de escoamento atingido em regime permanente. Para a solução numérica do problema, é empregado o método dos Volumes Finitos para a discretização espacial e o método SOLA para a discretização temporal. O esquema Power-Law é usado na aproximação dos termos convectivos e difusivos. Verifica-se que existem duas regiões distintas no domínio Ra x b/H, onde b/H é a distância adimensional entre as paredes do canal vertical: o escoamento no canal e o escoamento na cavidade. Quando o escoamento no canal está presente, o efeito da condição de contorno da parede frontal sobre o valor do número de Nusselt médio é pequeno. Para o caso do escoamento restrito à cavidade, a condição de contorno da parede frontal passa a ser importante. O aumento da razão de aspecto B para um mesmo número de Rayleigh, sendo Rayleigh < 104, faz com que a convecção se torne cada vez menos importante, assim como a aproximação da parede junto à entrada da cavidade. O método de análise de escala, quando possível, é utilizado na tentativa de melhor explicar os resultados / Abstract: In this work the problem of natural convection in a rectangular open cavity with and without the presence of a shrouding wall has been analysed. One vertical wall is heated and the horizontal walls are adiabatic. The other vertical wall is open to the ambient or a fluid reservoir. That is the opening. A shrouding wall is placed in front of this open wall forming a vertical open channel. Two different boundary conditions are analysed for the shrouding wall: isothermal or adiabatic. The aspect ratio effect B = L/H of the open cavity has been defined such as 0.5, 1.0, 3.0 e 6.0, where L is the width and H is the cavity height. The Rayleigh number ranged from 103 to 107 and the Prandtl number was mantained at 1.0. The influence of the aspect ratio of the cavity and the boundary conditions of the shrouding wall on the Nusselt number is analysed, and the flow pattern under steady state conditions is determined. The numerical solution of the Navier-Stokes equations have been obtained using the Finite Volume Method for the spatial discretization, and the SOLA method for the time discretization. The Power-Law scheme was used to obtain the convective and diffusive terms of the Navier-Stokes and Energy equations. There are two distincts regions in the Ra x b/H domain, where b/H is the dimensionless distance between the vertical walls of the channel: the channel flow and the cavity flow. When the flow is present in the channel, the effect of the boundary condition on the shrouding wall on the average Nusselt number is small. For the flow restricted into the cavity, the boundary condition on the shrouding wall becomes important. When the aspect ratio B increases and the Rayleigh number is little than 104, the convection becomes less important. The same occurs when the shrouding wall is too close from the opening. The scale analysis method is used to clarify the results when possible / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Leonardo Goldstein Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T09:03:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fassani_FabioLuis_D.pdf: 4581004 bytes, checksum: 522f53b51ed91bca9f748a16cea9d03e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A combustão de óleo combustível em equipamentos industriais é um processo que fornece energia para aquecimento, geração de vapor e produção de energia elétrica, entre outros. A fuligem que se forma durante a combustão ocasiona aumento da taxa de transferência de calor por radiação entre os gases produtos da combustão e as superfícies de troca de calor do equipamento de processo, o que ocorre devido à luminosidade da chama. O gás natural tem sido utilizado para substituir o óleo combustível, porém esse gás produz pouca fuligem e pode ocasionar diminuição das trocas térmicas nos equipamentos projetados para óleo combustível. Assim, observa-se que o conhecimento da relação entre a concentração de fuligem na chama e a transferência de calor fornece subsídios para o projeto de caldeiras e fornalhas. O problema abordado nesse trabalho consiste em determinar a relação entre a transferência de calor e a fração volumétrica de fuligem em uma câmara de combustão cilíndrica horizontal, considerando a rotação imposta ao escoamento. O foco principal do trabalho é experimental. Para conduzi-lo, foi projetada e construída uma câmara de combustão dotada de um queimador que induz rotação ao escoamento. A concentração de fuligem foi determinada a partir da variação da intensidade de feixes de luz laser ao passar pela câmara. Complementarmente ao trabalho experimental realizado, para estimar a influência da presença de fuligem, do comprimento da chama e outros parâmetros sobre as trocas térmicas, foi elaborada uma simulação numérica da transferência de calor em uma câmera de combustão cilíndrica, empregando-se o método das zonas. A principal contribuição do trabalho foi indicar que a fração volumétrica de fuligem depende tanto do excesso de ar quanto do número de rotação do escoamento e que para o maior excesso de ar considerado, quanto menor a fração volumétrica de fuligem, menor a taxa de transferência de calor. Os resultados numéricos sugerem que a adoção de um padrão de liberação de energia pela chama foi o fator preponderante para a intensificação das trocas de calor / Abstract: Fuel oil combustion in industrial equipment is a process that provides energy for heating, steam generation and production of electrical energy. Soot produced during combustion causes an increase in the radiation heat transfer rate between the combustion gases and the heat exchange surfaces of the process equipment, due to the flame luminosity. Natural gas has been used as a substitute to fuel oil, but this gas produces little soot and may cause a decrease in the thermal exchanges that take place in equipment originally designed to burn fuel oil. Thus, the knowledge of the relationship between soot concentration in the flame and heat transfer provides subsidies for the design of boilers and furnaces. The issue addressed in this work is to determine the relationship between heat transfer and the soot volume fraction in a horizontal cylindrical combustion chamber, considering the swirling intensity of the flow. The main focus of the work is experimental. To accomplish it, a combustion chamber equipped with a swirl burner to induce rotation to the flow was designed. Soot volume fraction was assessed by means of a laser beam directed towards the chamber. Additionally to the experimental work, a numerical simulation of the heat transfer in a cylindrical combustion chamber was carried out to estimate the influence of soot, flame release pattern and other parameters on the thermal exchanges. The main conclusion of the work was to indicate that the soot volume fraction depends both on the excess air and the swirl number of the flow. In the highest excess air employed, the lower the soot volume fraction, the lower the heat transfer rate. The numerical results suggest that the flame energy release pattern was the most important contributing factor to increase the heat transfer / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Eugênio Spanó Rosa, Marcelo Moreira Ganzarolli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:19:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Saito_MarceloBatista_M.pdf: 6699986 bytes, checksum: 845433a3bcb3aa43a33251e4350ebf40 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O presente trabalho tem por objetivo determinar numericamente a queda de pressão e o fluxo de calor de um trocador de calor ar-ar utilizado para resfriamento de um ambiente selado que não pode ser contaminado pelo ar externo. Esta análise tem por finalidade otimizar a geometria que maximiza o calor transferido para uma determinada queda de pressão. O trocador é formado por dutos paralelos de seções retangulares com escoamento em contra-corrente no regime turbulento. As duas correntes são separadas por paredes sólidas e lisas. A análise paramétrica é efetuada resolvendo-se equações de conservação da massa, quantidade de movimento e energia, uti1izando o modelo de turbulência K-E padrão e considerando propriedades variáveis. A condução de calor nas paredes sólidas também foi incluída nas simulações. A solução numérica tridimensional é obtida através da discretização das equações de conservação em volumes finitos, sendo empregado um pacote numérico comercial (pHOENICS 3.3). As simulações são realizadas para número de Reynolds entre 8000 e 160000. Os resultados obtidos permitem avaliar o desempenho do trocador de calor para valores especificados da queda de pressão e determinar a geometria que maximiza o calor transferido / Abstract: The pressure drop and heat transfer flux on an air-air heat exchanger employed as a cooling device for a closed cavity with heat dissipation are determined numerically. The analysis is further extended to optimize the cross section dimensions to render the maximum heat transfer rate at a given pressure drop. The heat exchanger is of rectangular cross section ducts placed side by side in counter flow turbulent regime. The duct walls are of smooth and flat aluminum. The conservation equations of mass, momentum and energy are solved with the K-B turbulence model using the finite volume code embodied on the PHOENICS 3.3. The heat conduction along the solid walls is considered employing conjugate heat transfer treatment. The simulations are performed for Reynolds number between 8000 and 160000. The pressure drop and heat transfer rate are determined and expressed in terms of dimensionless parameters. The analysis is further advanced determining cross section aspect ratio which gives the maximum heat transfer rate for a given pressure dro / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Marcelo Moreira Ganzarolli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T20:37:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Avelar_AnaCristina_D.pdf: 7553992 bytes, checksum: ac5ecbdd2e924c21075bbcc3f6bf42d8 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho a transferência de calor por convecção natural em uma série de placas planas, paralelamente dispostas, formando canais verticais abertos e contendo elementos protuberantes aquecidos e distribuídos sobre uma das paredes das placas é analisada numérica e experimentalmente. Situações de aquecimento uniforme e não-uniforme das placas são consideradas. Utiliza-se um modelo matemático bidimensional baseado nas equações de conservação da massa, conservação da quantidade de movimento e da energia, em regime permanente. A condução de calor através da placa de fixação dos elementos é considerada. As equações de Navier-Stokes são resolvidas na forma elíptica. As equações governantes são discretizadas utilizando-se o método de volumes finitos e resolvidas pelo algoritmo SIMPLEC. Condições de contorno de pressão especificada são adotadas na entrada e na saída do canal. Os testes experimentais utilizam um aparato com placas de fibra de vidro contendo elementos protuberantes de alumínio e seção quadrada. As placas são posicionadas em uma estrutura utilizada em equipamentos de telecomunicações. São realizados testes numéricos e experimentais variando-se a distância entre as placas, a potência de alimentação das mesmas e o posicionamento na placa dos elementos com diferentes taxas de dissipação de calor. Boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais é observada, particularmente para os menores valores de potência e distância entre placas. Diversas situações de aquecimento não-uniforme das placas são analisadas, sendo determinado um espaçamento ótimo entre placas, que maximiza a taxa de remoção de calor por unidade volume / Abstract: In this work, natural convection heat transfer ITom a series of vertical, parallel plates, forrning open channels containing heated protruding elements attached to one of the walls, is analyzed both numerically and ex.perimentally. Uniform and non-uniform heatin,g conditions of the plates are considered. A two-dimensional rnathematical model based on the conservation equations of mass, momentum and energy is used. Heat conduction to the walls is also considered and the Navier-Stokes equations are solved in elliptic formo The finite volume method is used for discretization and the SIMPLEC algorithrn for solving the pressure-velocity coupling. Specified pressure values are adopted at the channel entrance and exit. Experimental tests are performed in a facility containin,g fiberglass plates with protruding, square section, aluminum elements. The protruding elements have a resistance wire inside and are electrically heated by direct current sources. Plates arepositioned in a structure used in telecom equipment. Numerical and experimental tests are performed varying the distance between plates, the power supplied to the system and, in the non-uniform heating conditions, the position of the elements that are differentially heated. Good agreement is observed between numerical and experimental results, particularl)' for the srnaller distances and power levels. Several non-uniform heating conditions are analyzed and an optimum spacing between plates is determined, which maximizes heat dissipation per unit volume / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica