A presente pesquisa teve por objetivo o estudo da ebulição convectiva dos novos refrigerantes halogenados no interior de tubos horizontais de cobre. Uma busca na literatura pertinente ao assunto mostrou que a determinação do coeficiente de transferência de calor pode ser determinado por correlações que, aqui, foram classificadas como: 1- Estritamente Convectivas, 2- Superposição de Efeitos e 3- Estritamente Empíricas. Essas correlações mostraram-se inadequadas a generalizações. Uma bancada experimental foi concebida e construída, o que permitiu a obtenção de dados experimentais envolvendo uma ampla faixa de condições operacionais. Efeitos de parâmetros físicos como a velocidade mássica, fluxo de calor, temperatura de saturação e título, foram investigados. Os dados experimentais obtidos foram utilizados no desenvolvimento de uma correlação para o coeficiente de transferência de calor na ebulição convectiva que satisfizesse adequadamente esses dados obtidos para condições operacionais típicas de aplicações frigoríficas. A partir da análise efetuada foi proposto um modelo no qual foram introduzidos os adimensionais que envolvem os principais efeitos relacionados à mudança de fase. O modelo proposto apresentou resultados bastante adequados não apenas na correlação dos resultados experimentais obtidos na presente pesquisa como também em dados encontrados na literatura. / Present research has aimed at the study of convective boiling of recently introduced halocarbon refrigerants inside horizontal copper tubes. A comprehensive literature survey has revealed that the correlations for the convective boiling heat transfer coefficient can be divided into three main categories: (1) strictly convective; (2) superposition of effects; (3) strictly empirical. As a general rule these correlations are not fitted for generalizations. An experimental set up has been developed and constructed in order to raise data involving a relatively wide range of operational conditions. These data have been used to investigate effects of such parameters as heat flux, mass velocity, quality and evaporating temperature. In addition gathered data have been used in the development of a correlation for the heat transfer coefficient under convective boiling conditions typical of refrigeration applications. The model has been developed in terms of the main intervening non dimensional groups. The proposed equation correlated very well not only experimental data from present investigation but data obtained else where.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-09-24T18:18:53Z No. of bitstreams: 1 Lucas Ezequias da Silva Silveira_.pdf: 2681603 bytes, checksum: bdf77c94ace5cc8dc7bd13716275dc35 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-24T18:18:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucas Ezequias da Silva Silveira_.pdf: 2681603 bytes, checksum: bdf77c94ace5cc8dc7bd13716275dc35 (MD5) Previous issue date: 2018-05-11 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A utilização de trocadores de calor com canais de diâmetro reduzido vem crescendo devido à demanda por trocadores de calor compactos, que permitam altas taxas de transferência de calor, baixa perda de pressão e redução da carga de fluido refrigerante e de custo de materiais. O presente trabalho analisa a ebulição convectiva através de canais de pequeno diâmetro e a influência de alguns parâmetros operacionais no coeficiente de transferência de calor e na queda de pressão. São apresentados os resultados de três estudos experimentais para avaliar a influência do fluido de trabalho, do diâmetro do canal e da temperatura de saturação. Na primeira análise, é estudada a ebulição do isobutano, R600a, e do propano, R290, em um canal com 1,0 mm de diâmetro interno, com fluxo de massa na faixa de 240 a 480 kg m-2 s-1, fluxo de calor de 5 a 60 kW m-2 e temperatura de saturação de 25°C. Na segunda análise, é estudada a ebulição do R600a em canais com diâmetros de 1,0 e 2,6 mm, temperatura de saturação de 22°C, com variações do fluxo de massa de 188 a 377 kg m-2s-1 e do fluxo de calor de 28 a 56 kW m-2. Por fim, na terceira análise, a ebulição do R600a em um canal de 1,0 mm de diâmetro foi estudada com duas temperaturas de saturação, 20 e 30°C, com fluxo de massa de 240 a 480 kg m-2 s-1 e fluxo de calor de 20 a 60 kW m-2. São avaliados os efeitos do fluxo de massa, do fluxo de calor e do título de vapor, sobre o comportamento do coeficiente de transferência de calor e da perda de pressão por atrito. A análise do fluido de trabalho mostrou que, de modo geral, o R600a apresenta os maiores coeficientes de transferência de calor e perdas de pressão por atrito. Da análise da influência do diâmetro do canal observou-se que, para todas as condições experimentais, o coeficiente de transferência de calor foi superior no canal de 1,0 mm. Os resultados mostraram também que os maiores coeficientes de transferência de calor foram obtidos com a temperatura de saturação de 30°C. Complementando as análises, foram avaliados os padrões de escoamento, através das imagens registradas, e os modelos de mapas de padrões comparando os dois fluidos. Os modelos que melhor se ajustaram às curvas foram os de Revellin e Thome (2007b) e Ong e Thome (2011). Algumas correlações para transferência de calor propostas para mini e micro canais foram avaliadas com dados experimentais, de onde observou-se que, de modo geral, a correlação de Kim e Mudawar (2013b) apresentou o melhor ajuste, dentre as correlações avaliadas. / The use of heat exchangers with reduced diameter channels has been growing due to the demand for compact heat exchangers which allow high rates of heat transfer, low pressure drop and reduction of refrigerant fluid charge and material cost. The present work analyzes the convective boiling through small diameter channels and the influence of some parameters on the heat transfer coefficient and the pressure drop. The results of three experimental studies are presented to evaluate the influence of the working fluid, the channel diameter and the saturation temperature. In the first analysis, the boiling of isobutane, R600a, and propane, R290, in a channel with a 1 mm internal diameter, with mass velocity from 240 to 480 kg m-2 s-1, heat flux from 5 to 60 kW m-2 and saturation temperature of 25°C. In the second analysis, it’s studied the boiling of R600a in channels with diameters of 1.0 and 2.6 mm, saturation temperature of 22°C, with mass velocity from 188 to 377 kg m-2 s-1 and heat flux from 28 to 56 kW m-2. Finally, the boiling of R600a in a 1.0 mm diameter channel was studied with two saturation temperatures, 20 and 30°C, with a mass velocity from 240 to 480 kg m-2 s-1 and heat flux from 20 to 60 kW m-2. The influence of mass flow, heat flux and vapor quality on the behavior of the heat transfer coefficient and the frictional pressure drop are evaluated. The analysis of the working fluid showed that, in general, R600a presents the highest coefficients of heat transfer and frictional pressure drop. From the analysis of the influence of the channel diameter, it was observed that, for all experimental conditions, the heat transfer coefficient was higher in the 1.0 mm channel. The results also showed that the higher heat transfer coefficients were obtained with the saturation temperature of 30°C. Complementing the analyzes, the flow patterns were evaluated through the recorded images, and the flow pattern maps, comparing the two fluids. The map that best fit the curves were those of Revellin and Thome (2007b) and Ong and Thome (2011). Some proposed heat transfer correlations for mini and micro channels were evaluated with the experimental data, from which it was observed that, in general, the correlation of Kim and Mudawar (2013b) presented a better adjustment, among the evaluated correlations.

Em linhas gerais, esta dissertação de mestrado envolve o estudo de padrões de escoaomento durante a ebulição convectiva em microcanais. Resultados experimentais foram levantados para um tubo com diâmetro de 2,32 mm durante a evaporação convectiva dos refrigerantes R134a e R245fa. Para a investigação, técnicas experimentais e de análise foram desenvolvidas. A caracterização dos padrões de escoamento envolveu o tratamento simultâneo de sinais provenientes dos seguintes dispositivos: um par diodo/sensor-laser tendo um tubo transparente entre eles no interior do qual ocorre o escoamento bifásico; um transdutor de pressão piezo-elétrico de tamanho reduzido com o objetivo de determinar a variação local da pressão do escoamento; e de um micro-termopar em contato com o fluido refrigerante. A técnica de tratamento de dados utilizada envolve a aglomeração progressiva de dados que apresentem características médias similares através do algoritmo k-means. Os sinais de pressão, intensidade de radiação e temperatura foram adquiridos simultaneamente a uma freqüência de 25 kHz. Imagens simultâneas do escoamento bifásico a uma velocidade de captura em torno de 10.000 imagens/s foram levantadas através de uma câmera de filmagem rápida (até 100.000 imagens/s), e os padrões de escoamentos observados contrastados aos resultados fornecidos pelo método proposto. Baseado nesta análise, mapas de escoamento foram propostos, os quais incorporaram não apenas critérios subjetivos como a visualização, mas também objetivos como as variações transientes da pressão local do escoamento e da morfologia do escoamento através do seu efeito na dispersão da radiação emitida pelo foto-diodo. Os resultados previstos pelo método objetivo apresentam concordância razoável com os dados caracterizados com base em visualizações. Adicionalmente, características de bolhas alongadas foram determinadas. / The present research has been focused on the study of flow patterns inside channels of diameter less than 3 mm during the convective evaporation of refrigerants such as R134a and R245fa. For the investigation of such topics, experimental techniques and methods of analysis of results were developed. A broad database was gathered in an experimental test facility. The characterization of flow patterns involved the simultaneous processing of signals from the following devices: a pair diode / laser-sensor having a transparent tube between them, within which occurs the two-phase flow; a micro piezoelectric pressure transducer to determine the local variation of pressure of the flow and a micro-thermocouple fixed within the fluid. The technique used in data processing involves the gradual agglomeration of data having similar average characteristics; this method was developed based on the k-means clustering algorithm. The signals from the transducers were acquired simultaneously at a frequency of 25 kHz. The program for the acquisition and for processing of the signals was developed using LabView. Simultaneous images of two-phase flow at a speed of capture around 10,000 images / s were obtained through a high speed camera and the observed flow patterns were contrasted to the results provided by the objective method. Based on this analysis, flow maps were proposed, which incorporate not only subjective criteria such as visualization, but also objective criteria like the transient variations of local pressure of the flow, temperature of the fluid and the effect of the flow morphology based on the dispersion of light which effect was captured by the photo-diode. The maps obtained by the objective method were compared against flow pattern segregated based on visualization and a reasonable agreement was obtained. Besides the elongated bubble characteristics were determined.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-12T19:31:20Z No. of bitstreams: 1 KALINA LÍGIA CAVALCANTE DE ALMEIDA FARIAS AIRES – TESE (PPGEP) 2016.pdf: 7086376 bytes, checksum: ce8ee772605ddf2f1d7b2f7bfe772b8f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-12T19:31:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KALINA LÍGIA CAVALCANTE DE ALMEIDA FARIAS AIRES – TESE (PPGEP) 2016.pdf: 7086376 bytes, checksum: ce8ee772605ddf2f1d7b2f7bfe772b8f (MD5) Previous issue date: 2016-08-26 / No presente trabalho, foi realizado um estudo acerca da desidratação osmótica e secagem convectiva de maçã, cortada em forma de paralelepípedo, descrita por meio de modelos difusivos, considerando-se o encolhimento da fruta e a difusividade de massa variável. A solução numérica da equação de difusão tridimensional em coordenadas cartesianas foi obtida através do método dos volumes finitos, com uma formulação totalmente implícita e condição de contorno de primeiro tipo. Experimentos laboratoriais de desidratação osmótica, em solução de sacarose, e secagem convectiva, foram realizados em diversas condições operacionais, aplicando-se uma determinada metodologia. Um código computacional foi desenvolvido na linguagem FORTRAN, composto por um otimizador, baseado no método inverso, acoplado à solução numérica da equação de difusão , com interface gráfica . O programa referente à solução numérica fornece a cinética da transferência de massa de água ou de sacarose, quando são conhecidos os parâmetros de processo. Os parâmetros de processo são determinados por otimização usando um conjunto de dados experimentais, através da minimização de uma função objetivo, denominada qui-quadrado. Vários testes de validação do programa computacional foram executados, os quais apresentaram resultados satisfatórios e coerentes quando comparados com a literatura. Para a secagem convectiva, a condição de contorno de terceiro tipo foi considerada mais adequada . Foram apresentados os resultados das cinéticas relativas à desidratação osmótica (água e sacarose) e à secagem convectiva. A temperatura de processo e a concentração da solução osmótica exerceram influência sobre os dois fenômenos, porém, a temperatura foi preponderante. Foi realizado um estudo da distribuição de massa de água e sacarose durante a desidratação osmótica e da distribuição de água, durante a secagem convectiva. Os resultados obtidos através dos modelos matemáticos que consideraram a difusividade variável e o encolhimento tiveram uma maior adequação aos dados experimentais. / In the present work, a study was conducted on the osmotic dehydration and convective drying of apple, sliced in parallelepiped shape, described by diffusion models, considering fruit shrinkage and variable mass diffusivity. The numerical solution of three -dimensional diffusion equation in Cartesian coordinates has been obtained by the method of finite volumes with fully implicit formulation and first kind boundary condition. The experiments on osmotic dehydration (sucrose solution) and convective drying were performed a t several operating conditions. A computer code was developed in FORTRAN, comprising an optimizer based on the inverse method, coupled with the numerical solution of the diffusion equation , with a graphical user interface. The program concerning the numerical solution provides the kinetics of the mass transfer of water or sucrose, when the process parameters are known. The process parameters for optimization are determined by using a set of experimental data, through minimizing an objective function, known as chi-square. Several validation tests have been performed on the program. These tests produced satisfactory and consistent results when compared to other experiments cited in the literature. For convective drying, the boundary condition of the third kind has been considered more appropriate. Results are presented on the kinetics of osmotic dehydration (water and sucrose) and convective drying. The process temperature and osmotic solution concentration had an impact on the two phenomena, but the temperature was most predominant. A study on mass distribution of water and sucrose during the osmotic dehydration and on water distribution during convective drying was accomplished. The results obtained through mathematical models , considering variable mass diffusivities and shrinkage proved to be a better match to the experimental data.

Submitted by Elizabete Silva (elizabete.silva@ufes.br) on 2015-11-24T18:15:48Z No. of bitstreams: 1 ESTUDO COMPARATIVO ENTRE COEFICIENTES DE DIFUSÃO VERTICAIS NA SIMULAÇÃO DA DISPERSÃO DE POLUENTES EM UMA CAMADA LIMITE CONVECTIVA.pdf: 1674681 bytes, checksum: 111c79f422763f889235b823c0db31cd (MD5) / Approved for entry into archive by Morgana Andrade (morgana.andrade@ufes.br) on 2016-01-08T11:34:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ESTUDO COMPARATIVO ENTRE COEFICIENTES DE DIFUSÃO VERTICAIS NA SIMULAÇÃO DA DISPERSÃO DE POLUENTES EM UMA CAMADA LIMITE CONVECTIVA.pdf: 1674681 bytes, checksum: 111c79f422763f889235b823c0db31cd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-08T11:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ESTUDO COMPARATIVO ENTRE COEFICIENTES DE DIFUSÃO VERTICAIS NA SIMULAÇÃO DA DISPERSÃO DE POLUENTES EM UMA CAMADA LIMITE CONVECTIVA.pdf: 1674681 bytes, checksum: 111c79f422763f889235b823c0db31cd (MD5) Previous issue date: 2014 / FAPES / O presente trabalho apresentou simulações para a dispersão de poluentes na Camada Limite Convectiva (CLC) com uma solução semi-analítica tridimensional estacionária, obtida através da resolução da equação de difusão-advecção. A equação foi resolvida combinando as técnicas ADMM (Advection Diffusion Multilayer Method), baseada na discretização da CLC em subcamadas, onde em cada subcamada a equação de difusão-advecção é resolvida pela técnica da Transformada de Laplace e, GITT (Generalized Integral TransformTechnique), um método híbrido que resolve uma ampla classe de problemas diretos e inversos. A nova técnica é então denominada GIADMT (Generalized Integral Advection Diffusion Multilayer Technique). O objetivo foi comparar e analisar alguns coeficientes de difusão vertical, e verificar sua aplicabilidade na equação de concentração tridimensional obtida pelo método GIADMT. Foi apresentada a comparação entres coeficientes de difusão vertical (Kz) adequados à atmosfera em condições instáveis. Os resultados obtidos foram confrontados com os dados experimentais de Copenhagen (Gryning e Lick, 1984; Gryning et al., 1987; Gryning e Lick, 2002), a fim de verificar o desempenho do modelo perante as diferentes parametrizações da turbulência atmosférica. As comparações apontaram melhores resultados ao empregar a parametrização sugerida por Degrazia et al. (2001) [A]. / This work presents simulations for the pollutant dispersion in the Convective Boundary Layer (CBL) with a stationary three-dimensional semi-analytical solution, obtained by solving the advection-diffusion equation.The equation was solved by combining the techniques ADMM (Advection Diffusion Multilayer Method), based on the discretization of CLC in sublayers, each sublayer where the advection-diffusion equation is solved by the Laplace transform technique and GITT (Generalized Integral Transform Technique), a hybrid method that solves a broad class of direct and inverse problems. The new technique is then called GIADMT (Generalized Integral Advection Diffusion Multilayer Technique). The objective was to compare and analyze some of vertical diffusion coefficients, and their applicability in the three-dimensional concentration equation obtained by GIADMT method. Comparison entres appropriate to the atmosphere in unstable conditions vertical diffusion coefficients (Kz) was presented. The results were compared with experimental data of Copenhagen (Gryning and Lick, 1984; Gryning et al, 1987; Gryning and Lick, 2002) in order to verify the performance of the model under the various parameterizations of atmospheric turbulence. The comparisons showed better results when employing the parameterization suggested by Degrazia et al. (2001) [A].

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2136442 bytes, checksum: 3d0ee50f2ecd5dc62121187d1ce4c080 (MD5) Previous issue date: 2012-10-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Here an approach is made on the impact of convective parameterization Bettes - Miller - Janjic (BMJ) on temperature, moisture and wind predicted by the model ETA. There are several papers in the literature that focus on this topic, few directed in particular to the state of Paraiba, but none of them uses the methodology described herein. It is known that below the cloud base (850hPa) profiles of temperature and moisture are not affected by the BMJ parameterization scheme because it does not consider the downdrafts of cold air to lower levels. Given this assumption, the methodology implemented in this work is to compare temperature, moisture and wind series provided by ETA with the respective synoptic analyzes of convective ERA-INTERIM/ECMWF for two contrasting situations. The model was configured with a horizontal resolution of 12 km and 30 vertical levels, covering the northeastern Brazil and the adjacent Atlantic and the focus of analysis is for three cities in the state of Paraiba. The results revealed that the predicted temperature to Joao Pessoa was slightly underestimated for low levels, while for the other two cities the model significantly overestimated the temperature at 1000 mb and slightly underestimated in 900 and 800mb. The predictions of moisture and wind were considered satisfactory when compared with the Analysis, and the best results were found at low levels. There were no significant differences between the estimates in both contrasting situations. / Nesta pesquisa é feita uma abordagem sobre o impacto da parametrização convectiva de Bettes Miller Janjic (BMJ) na temperatura, umidade e vento prognosticados pelo modelo ETA. Há vários trabalhos na literatura que focalizam este tema, poucos direcionados, em particular, para o estado da Paraíba, mas nenhum deles usa a metodologia descrita neste. É sabido que abaixo da base da nuvem (850hPa) os perfis de temperatura e umidade não são afetados pelo esquema de parametrização BMJ, pois ele não considera as correntes descendentes de ar frio para os baixo níveis. Diante deste pressuposto, a metodologia executada neste trabalho consiste em comparar as séries de temperatura, umidade e vento previstas pelo ETA com os respectivos dados sinóticos das análises do ERA-INTERIM/ECMWF para duas situações convectivas contrastantes. O modelo foi executado com resolução horizontal de 12 km e 30 níveis verticais, cobrindo o nordeste brasileiro e Oceano Atlântico adjacente e o foco das análises é para três cidades do estado da Paraíba. Os resultados revelaram que a temperatura prevista para João Pessoa foi ligeiramente subestimada para baixos níveis, enquanto que para as outras duas cidades o modelo superestimou significativamente a temperatura em 1000 mb e ligeiramente subestimou em 900 e 800mb. Os prognósticos de umidade e vento foram considerados satisfatórios quando comparados com as Analises, sendo que os melhores resultados foram encontrados em baixos níveis. Não houve diferenças significativas entre as previsões nos dois períodos analisados.

Orientador: Florência Cecília Menegalli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T13:52:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_JulianadeAlmeida_M.pdf: 23795201 bytes, checksum: bfbabbd676cb98b26b07e555c628e1a8 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A carambola e fonte de importantes nutrientes como vitaminas, minerais e muitos fitoquimicos que exercem papeis importantes na saude humana. No entanto, o seu elevado conteudo de agua e a interferencia de agentes externos, como oxigenio e microorganismos, tornam esse produto perecivel e de facil deterioracao. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito da formulacao de coberturas comestiveis aditivadas com antioxidantes, aplicadas previamente a secagem, que assegurem a manutencao das propriedades funcionais de carambola em fatias. Na primeira etapa deste trabalho, fatias de carambolas foram revestidas com coberturas de pectina (2% m/m) e acidos citrico (0,5% m/m) e ascorbico (0,5% m/m), com coberturas de alginato (1% m/m) e acidos citrico (0,5% m/m) e ascorbico (0,5% m/m), com coberturas de pectina (2% m/m) e suco de uva (26% m/m) e com coberturas de alginato (1% m/m) e suco de uva (26% m/m), e desidratadas em secador de ar convectivo nas temperaturas de 50, 60 e 70°C, a fim de verificar a influencia da aplicacao das coberturas sobre a cinetica de secagem e sobre o encolhimento das amostras. Na segunda etapa do trabalho, as amostras foram novamente revestidas, secas e entao armazenadas por 21 dias, com temperatura controlada de 35°C, para avaliar suas caracteristicas nutricionais e fisicas. Verificou-se que a aplicacao das coberturas nao influenciou na cinetica de secagem. A manutencao da forca maxima de ruptura foi mais eficaz nas amostras revestidas, e a retencao da cor foi mais eficiente nas amostras cobertas com pectina e acidos. Em relacao as propriedades nutricionais, a aplicacao das coberturas de pectina auxiliou na retencao de carotenoides, vitamina C e polifenois / Abstract: The star fruit is a source of important nutrients such as vitamins, minerals and phytochemicals that play many important roles in human health. However, its high water content and the interference of external agents, such as oxygen and microorganisms, make this perishable product and easy to damage. The aim of this work was to study the effect of the formulation of biodegradable coatings added with antioxidants, applied prior to drying to ensure the maintenance of functional properties of star fruit slices. In the first stage of this work, star fruit slices were coated with pectin (2% w / w) and citric acid (0.5% w/w) and ascorbic (0.5% w / w) with coat of alginate (1% w / w) and citric acid (0.5% w / w) and ascorbic (0.5% w/ w) with coat of pectin (2% w / w) and grape juice (26%, w / w) and coated with alginate (1% w / w) and grape juice (26% w / w) and were dried in an air convective dryer at temperatures of 50, 60 and 70 ° C to verify the influence the application of the coating on the kinetics of drying and the shrinkage of the samples. In the second stage of this work, the samples were again coated, dried and then stored for 21 days, at temperatures of 35°C, to evaluate their nutritional and physical characteristics. It was found that the application of the coating did not influence the drying kinetics. The maintaining of the maximum tensile was more effective in samples coated and the color retention was more efficient in samples coated with pectin and acid. In relation to nutritional properties, the application of the coatings of pectin help in the retention of carotenoids, vitamin C and polyphenols / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Florencia Cecilia Menegalli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-13T18:52:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monnerat_SandraMourao_D.pdf: 2359962 bytes, checksum: 3df7969a948ecae9b1a169de42e7087a (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: No presente trabalho investigou-se a desidratação osmótica de maçãs (variedade Fuji), seguida ou não de secagem convectiva com ar quente. Foram determinados perfis de concentração de água e soluto(s) em amostras de maçãs cortadas ao meio e desidratadas osmoticamente em soluções aquosas binárias (30% e 50% de sacarose, p/p) e solução ternária (50% de sacarose e 10% de cloreto de sódio, m/m), sob agitação vigorosa e temperatura constante (27°C). As amostras imersas na solução osmótica durante 2, 4 e 8 h foram fatiadas a partir da superfície plana exposta. A densidade e os teores de água, açúcares totais e redutores e cloreto de sódio foram determinados em cada fatia. O modelo matemático que descreve o transporte de cada espécie estudada (água, sacarose e cloreto de sódio) se baseia na equação de continuidade e na Lei de Fick e considera o encolhimento do tecido. O modelo foi ajustado aos dados experimentais, através do método implícito de diferenças finitas de Crank-Nicolson para determinar os coeficientes efetivos de difusão como uma função da concentração, utilizando coordenadas materiais e integrando simultaneamente as equações diferenciais de cada componente (água e sacarose ou água, sacarose e cloreto de sódio). Imagens de microscopia ótica de tecidos tratados osmoticamente, previamente pigmentados com o corante vital vermelho neutro, foram obtidas variando-se a concentração das soluções e o tempo de exposição. Os registros fotográficos retratam alterações da estrutura celular, que variam de acordo com a intensidade do processo de desidratação. A secagem convectiva com ar quente foi realizada em amostras de maçãs cortadas ao meio, frescas e previamente tratadas em solução aquosa de sacarose a 50% p/p durante 4 horas (27°C). Os perfis de umidade foram determinados a partir da superfície, após a exposição da face plana das metades das maçãs ao fluxo de ar quente (60°C ) durante 3, 6, 10 e 24 horas de secagem. O modelo matemático que descreve o transporte da água se baseia nas equações de continuidade e na Lei de Fick e considera o encolhimento do tecido e a concentração inicial não homogênea para o tecido previamente tratado. De maneira similar à desidratação osmótica, a difusividade de água na secagem também foi determinada em função da concentração, utilizando-se o método implícito de diferenças finitas de Crank-Nicolson e coordenadas materiais. Obtevese um bom ajuste dos modelos matemáticos aos dados experimentais de desidratação osmótica e de secagem. A ordem de magnitude dos coeficientes obtidos para a desidratação osmótica foi uma ou duas vezes menor que de coeficientes de difusão binários de soluções puras de sacarose e de cloreto de sódio. No caso da secagem, o comportamento da difusividade mostrou dependência significativa com a concentração de água. O tecido fresco apresentou coeficientes superiores aos do tecido pré-tratado osmoticamente além de funcionalidades distintas para diferentes tempos de secagem (inferior e superior a 6 horas). O tecido tratado apresentou um comportamento mais estável da difusividade da água no material e foi descrito por uma única função. Este fato está relacionado com as mudanças estruturais ocorridas durante a secagem, mais severas para o tecido fresco em relação ao tecido tratado / Abstract: In this study it was investigated the osmotic dehydration of apples (Fuji variety) followed or not by convective drying with hot air. Concentration profiles were determined for water and solute(s) in samples of apples cut in half and osmotically dehydrated in binary aqueous solutions (30% and 50% sucrose, w/w) and ternary solution (50% sucrose and 10% sodium chloride, w/w) under vigorous stirring and constant temperature (27°C). The samples immersed in the osmotic solution for 2, 4 and 8 h were sliced from the exposed flat surface. The density and water, total and reducing sugars and sodium chloride contents were determined in each slice. The mathematical model that describes the transport of each species studied (water, sucrose and sodium chloride) is based on the continuity equation and on the of Fick's diffusion law and considers the tissue shrinkage. The model was fitted to experimental data through the finite difference implicit method of Crank-Nicolson, to determine the effective diffusion coefficients as a function of concentration, using material coordinates and integrating simultaneously the differential equations of each component (water and sucrose or water, sucrose and sodium chloride). Light microscopy images of osmotically processed tissues previously pigmented with the vital dye neutral red, were obtained, varying the concentration of solutions and time of exposure. The photographic records show changes in cellular structure, which vary with the intensity of the dehydration process. The convective air drying was carried out on samples of apples cut in half, fresh and treated in aqueous solution of sucrose to 50% w/w for 4 hours (27°C). The moisture profiles were determined from the surface, after exposure of the flat face of half of the apples to the flow of hot air (60 ° C) during 3, 6, 10 and 24 hours of drying. The mathematical model that describes the water transport is based on the continuity equation, the Fick's diffusion law, the tissue shrinkage and the nonhomogeneous initial concentration of the previously treated tissue. Similarly to the osmotic dehydration, the water diffusivity in drying was also determined in terms of concentration, using the finite difference implicit method of Crank-Nicolson and coordinated materials. It was possible to obtained a good fit of mathematical models to experimental data of osmotic dehydration and drying. The order of magnitude of the coefficients obtained for the osmotic dehydration was one or two times lower than diffusion coefficients of pure binary solutions of sucrose and sodium chloride. For drying, the behavior of diffusivity showed significant dependence with the concentration of water. The fresh tissue showed coefficients greater than the osmotically pre-treated tissue than it needs distinct functions for different times of drying (and less than 6 hours). The treated tissue showed a more stable behavior of the water diffusivity in the material and was described by a single function. This fact is related to the structural changes during drying, more severe for the fresh tissue than for the treated tissue / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Em linhas gerais, esta dissertação de mestrado envolve o estudo de padrões de escoaomento durante a ebulição convectiva em microcanais. Resultados experimentais foram levantados para um tubo com diâmetro de 2,32 mm durante a evaporação convectiva dos refrigerantes R134a e R245fa. Para a investigação, técnicas experimentais e de análise foram desenvolvidas. A caracterização dos padrões de escoamento envolveu o tratamento simultâneo de sinais provenientes dos seguintes dispositivos: um par diodo/sensor-laser tendo um tubo transparente entre eles no interior do qual ocorre o escoamento bifásico; um transdutor de pressão piezo-elétrico de tamanho reduzido com o objetivo de determinar a variação local da pressão do escoamento; e de um micro-termopar em contato com o fluido refrigerante. A técnica de tratamento de dados utilizada envolve a aglomeração progressiva de dados que apresentem características médias similares através do algoritmo k-means. Os sinais de pressão, intensidade de radiação e temperatura foram adquiridos simultaneamente a uma freqüência de 25 kHz. Imagens simultâneas do escoamento bifásico a uma velocidade de captura em torno de 10.000 imagens/s foram levantadas através de uma câmera de filmagem rápida (até 100.000 imagens/s), e os padrões de escoamentos observados contrastados aos resultados fornecidos pelo método proposto. Baseado nesta análise, mapas de escoamento foram propostos, os quais incorporaram não apenas critérios subjetivos como a visualização, mas também objetivos como as variações transientes da pressão local do escoamento e da morfologia do escoamento através do seu efeito na dispersão da radiação emitida pelo foto-diodo. Os resultados previstos pelo método objetivo apresentam concordância razoável com os dados caracterizados com base em visualizações. Adicionalmente, características de bolhas alongadas foram determinadas. / The present research has been focused on the study of flow patterns inside channels of diameter less than 3 mm during the convective evaporation of refrigerants such as R134a and R245fa. For the investigation of such topics, experimental techniques and methods of analysis of results were developed. A broad database was gathered in an experimental test facility. The characterization of flow patterns involved the simultaneous processing of signals from the following devices: a pair diode / laser-sensor having a transparent tube between them, within which occurs the two-phase flow; a micro piezoelectric pressure transducer to determine the local variation of pressure of the flow and a micro-thermocouple fixed within the fluid. The technique used in data processing involves the gradual agglomeration of data having similar average characteristics; this method was developed based on the k-means clustering algorithm. The signals from the transducers were acquired simultaneously at a frequency of 25 kHz. The program for the acquisition and for processing of the signals was developed using LabView. Simultaneous images of two-phase flow at a speed of capture around 10,000 images / s were obtained through a high speed camera and the observed flow patterns were contrasted to the results provided by the objective method. Based on this analysis, flow maps were proposed, which incorporate not only subjective criteria such as visualization, but also objective criteria like the transient variations of local pressure of the flow, temperature of the fluid and the effect of the flow morphology based on the dispersion of light which effect was captured by the photo-diode. The maps obtained by the objective method were compared against flow pattern segregated based on visualization and a reasonable agreement was obtained. Besides the elongated bubble characteristics were determined.

A presente tese envolve um estudo experimental da ebulição convectiva no interior de um dissipador de calor baseado em multi-microcanais. Resultados experimentais para perda de pressão e coeficiente de transferência de calor foram levantados para os hidrocarbonetos R600a (isobutano), R290 (propano) e R1270 (propileno), fluidos com reduzido GWP (Global Warming Potential) e ODP (Ozone Depletion Potential) nulo. O desempenho termo-hidráulico destes fluidos foi avaliado em um dissipador de calor de cobre, contendo cinquenta canais paralelos com seção transversal retangular de 123x494 µm2 , 15 mm de comprimento e área de base de 15x15 mm2. Os experimentos foram realizados para fluxos de calor de até 400 kW/m2, velocidade mássica variando entre 165 e 823 kg/m2s, graus de sub-resfriamento do líquido na entrada da seção de testes de 5, 10 e 15°C e temperaturas de saturação de 21 e 25°C. Os dados experimentais foram amplamente analisados e discutidos, focando o efeito do fluido refrigerante. Oscilações dos sinais de temperatura e pressão foram analisadas parametricamente visando caracterizar efeitos de instabilidades térmicas. Adicionalmente, realizou-se análise comparativa de desempenho dos refrigerantes baseada na 2ª Lei da Termodinâmica. Os dados para hidrocarbonetos foram comparados com resultados de trabalhos prévios para o refrigerante R134a levantados na mesma seção de testes e utilizando a mesma bancada experimental. A partir destes dados, conclui-se que os hidrocarbonetos proporcionam coeficientes de transferência de calor superiores ao R134a. Em geral, o coeficiente de transferência de calor apresenta a seguinte ordem decrescente: R290, R1270, R600a e R134a. No entanto, o R290 necessitou superaquecimentos da parede superiores ao R1270 para iniciar o processo de ebulição. O refrigerante R1270 proporcionou perdas de pressão totais inferiores aos demais fluidos segundo a seguinte ordem decrescente: R600a, R134a, R290 e R1270. O refrigerante R1270 apresentou frequências de oscilação inferiores na temperatura da câmara de saída. Baseado na análise de desempenho da 2ª Lei da Termodinâmica, conclui-se que, as irreversibilidades devido ao processo de transferência de calor foram predominantes quando comparadas àquelas devido à perda de pressão. Através desta análise também constatou-se o melhor desempenho para o refrigerante R290. / The present thesis concerns an experimental study on flow boiling inside a microchannel array. Experimental results for two-phase pressure drop and heat transfer coefficient were acquired for the hydrocarbons R600a (isobutane), R290 (propane) and R1270 (propylene). These fluids present low Global Warming Potential (GWP) and null Ozone Depletion Potential (ODP). The cooling performance of these hydrocarbons were evaluated for a copper heat sink containing fifty parallel microchannels. The microchannels are rectangular with cross section of 123x494 µm2, 15 mm length and a footprint area of 15x15 mm2. The experimental evaluation was performed in a test facility located at the Laboratory of Thermal and Fluid Engineering of School of Engineering of São Carlos, University of Sao Paulo. The experiments were performed for heat fluxes up to 400 kW/m2, mass velocities from 165 to 823 kg/m2s, degrees of liquid subcooling at the test section inlet of 5, 10 and 15°C and saturation temperatures of 21 and 25°C. The experimental data were carefully analyzed and discussed focusing on the effects of the fluid on the heat sink thermal hydraulic performance. Fluctuations in the temperature and pressure were analyzed parametrically in order to evaluate thermal instability effects. Additionally, an exergy analysis was performed to evaluate the refrigerant efficiency during convective evaporation. Subsequently, the parametric effects and performance of hydrocarbons were compared with previous results for refrigerant R134a obtained in the same test facility and under the same experimental conditions. The refrigerant R290 provided heat transfer coefficients higher than R600a and R1270. However, R290 needed a degree of wall superheating for the onset of nucleate boiling higher than R1270. Based on the exergy analysis it was concluded that, the irreversibility associated to the heat transfer process are predominant compared with the irreversibility due to the pressure drop. According to the Second Law analyses it was also concluded R290 as the fluid providing the best performance.