Submitted by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2018-06-21T22:08:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Luciana_Barros_Pinto.pdf: 788461 bytes, checksum: 91031890e85094911f326f58561b6c67 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2018-06-21T22:45:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Luciana_Barros_Pinto.pdf: 788461 bytes, checksum: 91031890e85094911f326f58561b6c67 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-21T22:45:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Luciana_Barros_Pinto.pdf: 788461 bytes, checksum: 91031890e85094911f326f58561b6c67 (MD5) Previous issue date: 2006-02-11 / Sem bolsa / Nesse trabalho, foi feito um estudo das características radiativas e morfológicas, utilizando a técnica ForTrACC (Vila, 2004) e um estudo do ambiente sinótico e dos perfis verticais de algumas variáveis, utilizando o modelo BRAMS, do caso de Sistema Convectivo de Mesoescala (SCM) mais precipitante sobre o Rio Grande do Sul, ocorrido entre novembro de 2002 a fevereiro de 2003. O caso selecionado foi o do dia 19 e 20/02/2003, onde apenas um sistema foi o responsável pela precipitação registrada nas estações meteorológicas em superfície. Esse teve o ciclo de vida de 23 horas, com início às 13 UTC do dia 19/02/03, maturação às 04 UTC e dissipação às 11:30 UTC do dia 20/02/03. Durante todo esse período, apresentou topos frios com núcleos com temperatura abaixo de 210 K. Ficou evidenciado também, que o sistema teve um comportamento semelhante ao modelo conceitual, onde primeiro sofre uma forte convecção, atingindo valores menores de temperatura, para depois se expandir no estágio de maturação. Pode-se concluir que a relação entre a temperatura mínima sobre as estações que foram mais afetadas pelo sistema, e a precipitação registrada em superfície foi inversa, com os maiores valores de precipitação coincidindo com os menores valores de temperatura mínima. Pela simulação feita com o modelo BRAMS, com saídas de 1 em 1 hora, pode-se detalhar todo o ambiente sinótico onde o SCM encontrava-se durante seu ciclo de vida, sendo capaz de reproduzir as condições favoráveis para sua iniciação, desenvolvimento e dissipação. Também foi possível descrever o comportamento dos perfis verticais do vento, umidade específica, velocidade vertical e temperatura potencial equivalente, para cada etapa do ciclo de vida do sistema. / In this work, it was made a study of a Convective Mesoscale System(CMS) more precipitant on Rio Grande do Sul, occurred between November 2002 and February of 2003, where it was analyzed the: i) radioactive and morphologic characteristics the CMS, using the technique ForTrACC (Torres, 2004) and ii) sinoptic environment and vertical profiles of some meteorological variables, using BRAMS model. The selected case occurred on 19 and 20 February 2003, where just one system was the responsible for the precipitation registered in the meteorological stations in surface. This CMS had a life cycle of 23 hours, with beginning at 13 UTC from 02/19/03, maturation at 04 UTC from 02/20/03 and dissipation at 11:30 UTC from 02/20/03. During that whole period, it presented cold tops with nuclei with temperature below 210 K. It was evidenced also, that the system had similar behavior to the conceptual model, where first suffers a strong convection, reaching smaller values of temperature, for later to expand in the maturation phase. It can be ended that the relationship between the minimum temperature on the stations that were more affected for the system, and the precipitation registered in surface was inverse, with the higher precipitation values coinciding with the smallest values of minimum temperature. For the simulation made with the BRAMS model, using an interval of exits of 1 hour, could be detailed the whole synoptic environment where CMS was during its life cycle, being able to reproduce the favorable conditions for its initiation, development and dissipation. It was also possible to describe the behavior of the vertical wind profiles, specific humidity, vertical speed and equivalent potential temperature, for each stage of the system life cycle.

Submitted by Raquel Vergara Gondran (raquelvergara38@yahoo.com.br) on 2016-04-25T20:04:30Z No. of bitstreams: 1 kelly de moraes - secagem de anchoita engraulis anchoita nas formas de fil e pasta modificada enzimaticamente propriedades termodinmicas e caractersticas do produto.pdf: 2747332 bytes, checksum: ab754f5cd42a22ad7b534668c49b496e (MD5) / Approved for entry into archive by dayse paz (daysepaz@hotmail.com) on 2016-04-26T14:58:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 kelly de moraes - secagem de anchoita engraulis anchoita nas formas de fil e pasta modificada enzimaticamente propriedades termodinmicas e caractersticas do produto.pdf: 2747332 bytes, checksum: ab754f5cd42a22ad7b534668c49b496e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-26T14:58:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 kelly de moraes - secagem de anchoita engraulis anchoita nas formas de fil e pasta modificada enzimaticamente propriedades termodinmicas e caractersticas do produto.pdf: 2747332 bytes, checksum: ab754f5cd42a22ad7b534668c49b496e (MD5) Previous issue date: 2011 / O objetivo deste trabalho foi estudar a secagem de filés de anchoita in natura e modificados enzimaticamente, em secadores de leito fixo (camada delgada) e leito móvel (leito de jorro), sendo avaliadas as propriedades termodinâmicas e as características do produto final. Em relação às propriedades termodinâmicas, a modificação enzimática dos filés de anchoita promoveu aumento da umidade de monocamada e das constantes relacionadas às multicamadas. Isto levou a um aumento de até 170% na intensidade da ligação da água, mostrada através das entalpias diferencial e integral, e uma diminuição 193% no número de sítios ativos livres e 520% da mobilidade molecular, mostrada através das entropias diferencial e integral, respectivamente. Com a hidrólise também ocorreu aumento, em média, de 29% na área superficial de sorção e diminuição do tamanho dos poros. O processo de dessorção mostrou ser controlado pela entalpia, sendo espontâneo para o filé in natura e não espontâneo para o modificado. Com respeito à cinética de secagem, o aumento da intensidade da ligação da água e diminuição do tamanho dos poros, com a modificação enzimática, acarretou maior dificuldade remoção de água, o que foi comprovado pela diminuição da difusividade efetiva de umidade (Def) do material modificado (0,74×10-10 a 1,84×10-10 m2 /s) em relação aos filés in natura com pele voltada para baixo (3,3×10-10 a 8,6×10-10 m2 /s), nas temperaturas estudadas (50, 60 e 70ºC). Na secagem dos filés, a menor alteração ocorreu na condição de 60ºC para as amostras secas pelos dois lados. Nesta condição, a solubilidade, digestibilidade in vitro e atividade antioxidante específica (AAE) diminuiram 25%, 6% e 10%, respectivamente; os conteúdos de lisina e metionina disponíveis foram de 7,21 e 2,64 g/100gproteína, respectivamente; o índice de TBA de 1,16 mgMDA/kg; a atividade antioxidante específica de 1,91 µMDPPHseq/gptna solmin. Em relação à secagem da pasta modificada enzimaticamente, a melhor condição de operação foi a uma temperatura de 60 ºC e espessura de 2,5 mm. Nestas condições os produtos apresentaram baixa oxidação lipídica (0,93mgMDA/kg), redução na lisina disponível de 16%, estando dentro do limite recomendado para pescado, e perda de 20% na AAE. Na secagem em leito de jorro da suspensão protéica modificada enzimaticamente (SPME), a menor redução no conteúdo de lisina disponível (9%) e a menor perda na AAE (8%) ocorreram a temperatura do ar de entrada de 90ºC, concentração da suspensão de 6,5% e vazão de alimentação da suspensão de 200 mL/h. O produto desidratado em leito de jorro caracterizou-se como uma fonte protéica de elevado valor biológico, considerando o perfil de seus aminoácidos essenciais, pois foi capaz de atender às recomendações nutricionais recomendadas pela FAO/WHO. / The aims of this work was to study the drying of in natura anchovy fillets and enzymatic modified in fixed bed (thin layer) and moving bed (spouted bed) dryers, it was being evaluated the thermodynamic properties and the final product characteristics. In relation to the thermodynamic properties, the enzymatic modification of anchovy fillets showed an increase in monolayer moisture and in constant related to multilayer. Which led to an increase of 170% the intensity of water bound, shown through the differential and integral enthalpies, and a decrease of 193% in the number of free active sites and 520% of the molecular mobility, shown through the differential and integral entropies, respectively. With the enzymatic hydrolysis was also increased of 29% on sorption surface area and consequent reduction in pore size. The desorption process showed to be controlled by enthalpy, being spontaneous for the fillet and non-spontaneous for the modified. With respect to drying kinetics, the increased intensity of water bound and decreased pore size, with the enzymatic modification, resulted in a more difficult removal of water, which can be shown by decreased effective moisture diffusivity (Def) of the modified material (from 0.74×10-10 to 1.84×10-10 m2 /s) in relation to in natura fillet with skin side down (from 3.3×10-10 to 8.6×10-10 m2 /s) at studied temperatures (50, 60 and 70 ºC). In the drying anchovy fillets the lower change was in condition at 60 °C with air flow for two sides of the samples. In this condition, the solubility, in vitro digestibility and specific antioxidant activity decrease 25%, 6% and 10%, respectively; the contents of available lysine and methionine were 7.21 and 2.64 g/100protein, respectively; the TBA value was 1.16 mgMDA/kg. With respect the drying of enzymatic modified fillet (paste), the best drying condition was obtained at 60 ºC and thickness sample 2.5 mm, in which the TBA value was 0.93 mgMDA/kgsample, reduction in available lysine about 16% and specific antioxidant activity loss of 20.2%. Drying in spouted bed of paste, the lower reduction in available lysine (9%) and loss of specific antioxidant activity (8%) occurred at 90 °C, 6.5% and 200 mL/h. In these operation conditions, the dehydrated product was characterized as a high biological protein source value, taking into account the essential amino acids profile, it was able meet to recommended by FAO/WHO.

This research comprises an experimental and theoretical study on convective boiling inside tubes containing twisted-tape inserts. The demand for more compact and efficient thermal systems, in which the heat exchangers plays an important role, has led to the development and use of various heat transfer enhancement techniques. Among them twisted-tape insert as a swirl flow device is one of the most used. Twisted-tape inserts have been used for over more than one century ago as a technique of heat transfer enhancement applied to heat exchangers. However, the heat transfer augmentation comes together with pressure drop increment, impacting the pumping power and, consequently, the system efficiency. Moreover, until now it is not clear, the operational conditions under which the heat transfer coefficient augmentation by the use of twisted-tape inserts overcomes pressure drop penalty. In the present study, initially, extensive investigations of the literature concerning convective boiling inside plain tubes with and without twisted-tape inserts were performed. This literature review covers pressure drop, heat transfer coefficient and the leading frictional pressure drop gradient and heat transfer coefficient predictive methods during convective boiling inside tubes with and without twisted-tape inserts. Then, pressure drop and heat transfer coefficient results acquired in the present study were obtained in an experimental apparatus of 12.7 and 15.9 mm ID tubes during flow boiling of R134a for twisted-tape ratios of 3, 4, 9, 14 and tubes without inserts, mass velocities ranging from 75 to 200 kg/m2 s, saturation temperatures of 5 and 15°C and heat fluxes of 5 and 10 kW/m2. The experimental results were parametrically analyzed and compared against the predictive methods from literature. An analysis of the enhancement of the heat transfer coefficient and the pressure drop penalty is presented. Heat transfer coefficient increments up to 45% keeping the same pumping power and pressure drop penalty of about 35% were obtained by using twisted-tape relative to tubes without inserts. Additionally, through comparison of the present study experimental results with the predictive methods from the literature for heat transfer coefficient during two-phase flow inside tube containing twisted-tape inserts, it was verified that non of these methods predict satisfactory well the experimental results. However, a new method was develop for predicting the heat transfer coefficient during flow boiling inside tubes containing twisted-tape inserts based on the experimental results obtained in the present study. The predictive method takes into account the physical picture of the swirl flow phenomenon by including swirl flow effects promoted by the twisted-tape inserts. The proposed method predicts satisfactorily well the data obtained in the present study, predicting 89.1% of the experimental data within an error band of ± 30% and absolute mean deviation of 15.7%. / A presente pesquisa trata-se de um estudo teórico e experimental sobre a ebulição convectiva no interior de tubos com fitas retorcidas. A crescente demanda por sistemas térmicos mais compactos e eficientes, nos quais os trocadores de calor apresentam elevada relevância, tem motivado o desenvolvimento de inúmeras técnicas de intensificação de troca de calor, sendo que a utilização de fitas retorcidas é uma das técnicas mais adotadas. Fitas retorcidas são utilizadas como técnicas de intensificação de troca de calor há mais de um século. Entretanto o incremento da transferência de calor é acompanhado do aumento da perda de pressão, que por sua vez implica em aumento da potência de bombeamento, e consequentemente afeta a eficiência global do sistema. Adicionalmente, até os dias de hoje não há consenso sobre as condições operacionais em que o ganho com o incremento do coeficiente de transferência de calor é superior à perda devido ao aumento da perda de pressão. Neste estudo, inicialmente foi realizada uma extensa revisão da literatura sobre a ebulição convectiva no interior de tubos com e sem fitas retorcidas. Esta revisão aborda aspectos relacionados à perda de pressão e ao coeficiente de transferência de calor, juntamente com os métodos de previsão destes parâmetros. Foram realizados experimentos para determinação experimental de perda de pressão e coeficiente de transferência de calor, em aparato experimental contando com tubos horizontais com diâmetros internos iguais a 12,7 e 15,9 mm, para escoamento bifásico de R134a, razões de retorcimento iguais a 3, 4, 9, 14 e tubo sem fita, velocidades mássicas entre 75 e 200 kg/m²s, temperaturas de saturação iguais a 5 e 15°C, e fluxo de calor iguais a 5 e 10 kW/m². Os resultados experimentais foram analisados e comparados com estimativas segundo métodos disponíveis na literatura. Uma análise do aumento do coeficiente de transferência de calor e da perda de pressão friccional é apresentada. Foram verificados incrementos do coeficiente de transferência de calor de até 45% para a mesma potência de bombeamento, e aumento de perda de pressão de aproximadamente 35% para tubos com fitas retorcidas em relação aos tubos sem fita. Adicionalmente, através da comparação dos resultados experimentais com os métodos de previsão para coeficiente de transferência de calor, foi verificado que nenhuma metodologia apresentava previsões satisfatórias dos resultados. Portanto um novo método para previsão do coeficiente de transferência de calor durante ebulição convectiva no interior de tubos com fitas retorcidas foi desenvolvido com base nos resultados experimentais obtidos durante o presente estudo. O método proposto é função de parâmetros geométricos e do escoamento, e também de parâmetros físicos do escoamento rotacional induzido pela fita. A metodologia desenvolvida apresenta previsões satisfatórias dos resultados experimentais, prevendo 89,1% dos resultados experimentais com erro inferior a ± 30% e erro médio absoluto igual a 15,7%.

A presente pesquisa trata de um estudo experimental da transferência de calor e da perda de carga de fluidos refrigerantes puros e suas misturas em mudança de fase convectiva no interior de tubos lisos e aqueles dotados de ranhuras internas. Para tanto, foi desenvolvido um equipamento experimental cujo componente básico é composto por um tubo horizontal, aquecido por intermédio de uma resistência elétrica do tipo fita, aderida à superfície externa do tubo. As condições de ensaio variaram numa ampla faixa, permitindo cobrir as condições verificadas na maioria das instalações frigoríficas. Os resultados experimentais foram agrupados em duas faixas de velocidades mássicas: elevadas (G > ou = 200 kg/s.m2), onde prepondera o padrão anular de escoamento, e reduzidas (G < 200 kg/s.m2), predominando o padrão estratificado. Os principais parâmetros que afetam o coeficiente de transferência de calor, tais como, velocidade mássica, fluxo de calor, tipo de refrigerante, temperatura de evaporação e diâmetro do tubo foram analisados. O desempenho termo-hidráulico, relativo ao efeito combinado da transferência de calor e da perda de carga dos tubos ranhurados, foi sensivelmente superior quando comparados aos tubos lisos. A análise dos resultados experimentais permitiu a proposição de correlações para a perda da carga, avaliada através do multiplicador bifásico, &#966L, e para coeficiente de transferência de calor, em tubos lisos e ranhurados. As correlações propostas se mostraram adequadas para aplicações práticas, proporcionando desvios reduzidos em relação aos resultados experimentais. Destacam-se as correlações obtidas para o multiplicador bifásico para tubos microaletados e para o coeficiente de transferência de calor para vazões reduzidas em tubos lisos. Diversos registros fotográficos dos principais padrões de escoamento foram levantados, tendo sido importante na análise e entendimento da mudança de fase. / Present research deals with an experimental study of the heat transfer and pressure drop of pure and mixtures of refrigerants undergoing convective boiling inside horizontal smooth and microfin tubes. An experimental apparatus has been developed and constructed whose main component is a horizontal tube electrically heated. Experimental results have been grouped into two mass velocity ranges: the one corresponding to mass velocities lower than 200 kg/s.m2, where the stratified flow pattern is dominant, and that for mass velocities higher than 200 kg/s.m2, where typically the annular flow pattern can be found. Effects over the heat transfer coefficient of physical parameters such as mass velocity, heat flux, diameter, saturation temperature, and refrigerant have been investigated and analyzed. It has been found out that the thermo-hydraulic performance of microfin tubes is better than that of the smooth ones. Empirical correlations have been proposed for both the two-phase flow multiplier and the heat transfer coefficient for different ranges of operating conditions as well as for smooth and microfin tubes. Results from the proposed correlations can be deemed adequate for practical applications given the limited dispersion obtained with respect to their experimental counterpart. Noteworthy are the results obtained from correlations for both the two phase flow multiplier for microfin tubes and the heat transfer coefficient for the lower range of mass velocities in smooth tubes. Finally, worth mentioning is the photographic essay developed in present research involving the flow patterns that occur under convective boiling of refrigerants in horizontal tubes.

Os sistemas convectivos da região Amazônica possuem características microfísicas peculiares, que variam de um caráter convectivo marítimo (estação chuvosa) a continental (estação de transição seca-chuvosa). Essas características modulam a eletrificação desses sistemas, porém ainda não se sabe quais são os processos dominantes que intensificam o número de descargas elétricas de uma estação para outra: efeito dos aerossóis, termodinâmico, grande-escala ou topografia? Para responder à essa pergunta, o objetivo deste trabalho foi identificar e quantificar a importância de cada um desses efeitos na eletrificação dos sistemas convectivos da Amazônia. A metodologia foi baseada em análises de dados observacionais do experimento de campo DRYTOWET e em um modelo numérico com parametrizações de transferências de cargas e descargas elétricas. A análise do ciclo anual das descargas elétricas do tipo nuvem-solo (CGs) mostrou que a atividade elétrica dos sistemas precipitantes da região sudoeste da Amazônia aumenta durante a transição da estação seca para a estação chuvosa (Agosto a Setembro), associada aos sistemas convectivos com maior desenvolvimento vertical que acontecem nesse período. Com o estabelecimento da estação chuvosa (Novembro a Março), o número de CGs diminui porém a atividade elétrica ainda se mantêm. A porcentagem desses totais de CGs que tinham polaridade positiva (+CGs) tem média de 12% durante todo o ano, aumentando drasticamente para até 25% em Setembro, durante a transição entre as estações secas e chuvosa. Esse aumento da %+CGs ocorreu simultaneamente ao aumento da poluição atmosférica provocada pela queima de biomassa das pastagens realizada pelos fazendeiros locais, que as preparam para a agricultura e pecuária durante o início das primeiras chuvas. Por outro lado, o aumento da %+CGs das tempestades também ocorreu preferencialmente sobre a área de pastagem do estado de Rondônia. Através da análise de dados de radar dos sistemas precipitantes que ocorreram durante o experimento DRYTOWET, foi constatado que as tempestades positivas (tempestades que produzem mais de 50% de +CGs em 50% de seu tempo de vida) se formaram em ambientes mais secos e com alturas do nível de convecção por levantamento (NCL, altura da base da nuvem) maiores do que as demais tempestades (tempestades negativas), durante todo o experimento mas com maiores diferenças durante o final da estação seca (Setembro-Outubro). Com altura da base da nuvem mais elevada, a espessura da camada quente (ECQ - base da nuvem até a isoterma de 0oC) diminui, aumentando assim a velocidade das correntes ascendentes através de um melhor processamento da energia potencial disponível para convecção (CAPE) devido a um menor entranhamento. O aumento da velocidade das correntes ascendentes dentro da nuvem resulta em tempestades mais profundas e mais intensas. O efeito do aumento do NCL é uma característica das regiões com vegetação de pastagem, onde a razão entre o calor sensível e latente na superfície é maior do que as áreas florestadas, aumentando a altura da camada limite planetária. As diferenças de concentração total e distribuição de tamanho dos aerossóis devido ao aumento da poluição durante a transição entre as estações seca e chuvosa não foram conclusivas quanto a um possível efeito na distribuição de hidrometeoros das tempestade positivas e negativas, uma vez que o ciclo diurno da concentração dos aerossóis acompanha o ciclo diurno da camada limite planetária, que também regula o efeito da ECQ. Simulações numéricas com um modelo 1D de nuvem, acoplado à parametrizações de transferências de cargas elétricas entre hidrometeoros e raios, mostraram que a estrutura termodinâmica da atmosfera foi a maior responsável pela eletrificação das tempestades simuladas, aumentando a velocidade das correntes ascendentes. O efeito do aumento do número de aerossóis, que inibe da fase quente da nuvem e conseqüentemente fortalece a da fase fria da nuvem fornecendo mais vapor e gotículas de nuvem para essa região, provocou a diminuição da quantidade de granizo nas tempestades simuladas e o aumento de partículas agregadas menores, como os flocos de neve e graupel, diminuindo a freqüência de raios. / Amazonian convective systems have unique microphysical characteristics, varying from a maritime convective behavior (rainy season) to a continental behavior (wet-dry transition season). These characteristics modulate the electrification of these systems, however it is still not well understood which are the dominant processes that intensify the frequency of lightning from one season to another: aerosol effect, thermodynamics, large-scale variability, landscape or topography? To answer this question, the objective of this study was to identify and quantify the importance of each one of these effects on the electrification of convective systems over the Amazon. The methodology was based on the analysis of observational data from the field experiment DRYTOWET and a numerical model with charge transfer parameterizations and lightning discharges. The cloud-to-ground (CG) lightning discharges annual cycle presented that the electrical activity of the southwestern Amazonian precipitating systems increased during the transition between the dry and wet seasons (August to September), in association with the convective systems deepening. With the establishment of the wet season (November to March), the number of CGs decreased but the electrical activity continued. The mean annual percentage of cloud-to-ground lightning of positive polarity (+CGs) was 12%, increasing drastically to 25% in September during the transition between the dry and wet seasons. This percentage of +CGs raise happened simultaneously with the increase in the atmospheric pollution due to the pasture biomass burning, held by local farmers to prepare the soil for agriculture and livestock during the begging of first rains. On the other hand, the increase in %+CGs also occurred preferentially over pasture areas of Rondonia state. Through the analysis of radar precipitating systems that occurred during the field campaign DRYTOWET, it was noted that positive thunderstorms (storms that produced more than 50% of +CGs over 50% of their life time) were initiated in drier and higher lift condensation levels (cloud base height) environments than other storms (negative thunderstorms) during all the field experiment, especially in the end of the dry season (September-October). A higher cloud base height is associated with a shallower warm cloud depth (cloud base height to the 0oC isotherm) and consequently less entrainment, increasing the updrafts due to a more efficient processing of the convective available potential energy (CAPE). This increase in updrafts inside the clouds results in deeper and stronger thunderstorms. The higher cloud base heights is a characteristic from pasture regions, where the ratio between sensible and latent heats at surface is greater than forested areas, which increases the top of the planetary boundary layer. The differences in the aerosol total concentration and size distribution, due to the increase in the atmospheric pollution during the transition between the dry and wet seasons, were inconclusive in a possible aerosol effect in the strength of positive and negative thunderstorms, once the aerosol concentration diurnal cycle follows the cycle of the planetary boundary layer, that also regulates the warm cloud depth effect. Numerical simulation of an 1D cloud model, coupled with charge transfer between the hydrometeors, showed that the thermodynamic structure was the main responsible feature for cloud electrification, increasing the updraft velocities. The pollution effect was masked in simulations, which inhibit the warm precipitation and consequently strength the the mixed and cold regions of the cloud, was responsible for an increase in the number of smaller aggregated particles, like snow flakes and graupel, decreasing the electrification and lightning frequency.

Em decorrência ao grande crescimento e evolução dos processos de usinagem e a demanda para adequação ambiental, novos fluidos de corte tem sido aplicados. Uma comprovação de sua eficiência em refrigerar a peça, e a ferramenta melhorando a produtividade do processo ainda é necessária. O presente trabalho propõe o estudo e o desenvolvimento de um sistema para avaliar a eficácia de fluidos de corte em operações de usinagem. Inicia-se com uma abordagem matemática da modelagem do processo de dissipação de calor em operações de usinagem. Em seguida prossegue-se com uma investigação de diferentes maneiras de solução do modelo proposto. Experimentos práticos foram realizados no laboratório de Otimização de Processos de Fabricação - OPF. A partir dos dados obtidos foi realizada uma análise assintótica das equações diferencias parciais que governam o modelo. Finalizando, o modelo selecionado foi aplicado no fresamento do aço AISI 4340 endurecido usinado sob alta velocidade. / Due to the rapid growth and development of machining processes there has been a demand for environmental sustainability and news cutting fluids have been applied. A reliable assessment of their efficiency in cooling the workpiece, tools and improving productivity is still a requirement. The present thesis presents a theoretical study and a proposal of a system to assess the effectiveness of cutting fluids applied to machining operation. It begins using a mathematical approach to model the heat propagation during machining operations. Then, it continues with an investigation into different ways to solve the proposed theorical model. Machining experiments using realistic cutting operations were also conducted at the Laboratory for Optimization of Manufacturing Processes - OPF. From the experimental data, was carried out an asymptotic analysis of partial differential equations, which govern the mathematical model. Finally, the selected model will be applied to a milling operation using High Speed Machining (HSM) technique on hardened steel AISI 4340.

L’ébullition est un mode de transfert de chaleur très efficace utilisé dans de nombreux systèmes technologiques comme les centrales nucléaires ou refroidissement de micro-électronique. La prédiction des échanges thermiques par ébullition reste actuellement très délicate, en raison de la complexité du phénomène, malgré des décennies de recherche sur le sujet. Le coefficient de transfert thermique est intimement lié à la dynamique de bulles (nucléation des bulles, croissance et détachement) ainsi qu’à des facteurs tels la densité de sites de nucléation ou les interactions entre bulles voisines et successives. La présente étude porte sur l’ébullition saturée sur un site de nucléation artificiel unique (ou deux sites voisins) sur une paroi en cuivre poli. La dynamique de croissance des bulles a été caractérisée pour différentes surchauffes de paroi et une loi expérimentale de croissance a été établie. Les interactions entre bulles successives issues du même site ont été étudiées, montrant qu’elles peuvent provoquer des oscillations de la bulle en croissance. Les forces agissant sur une bulle en croissance ont été clairement définies, et un bilan de quantité de mouvement a été réalisé à tous les stades de la croissance d’une bulle. La courbure le long de l’interface a été mesurée, ce qui a permis de mieux saisir le mécanisme de détachement de la bulle. L’ascension d’une bulle après son détachement a été analysée, et la vitesse maximale atteinte avant un changement de direction a été estimée et comparée aux modèles existants dans la littérature. L’interaction entre bulles croissant côte à côte a été étudiée. La génération et la propagation d’une onde lors de la coalescence a été mise en évidence. Dans le contexte de travaux de recherche sur des techniques d’intensification des échanges thermiques, cette étude se penche particulièrement sur l’intensification par électrohydrodynamique. Des expériences d’ébullition ont été réalisées en présence de champs électriques, et leurs effets sur les transferts thermiques et sur la dynamique des bulles ont été analysés. Bien que le volume au détachement des bulles et la relation entre la fréquence et la surchauffe reste inchangées, la courbe de croissance des bulles est modifiée. Les bulles sont allongées dans la direction du champ électrique, et cette élongation a été estimée et comparée à d’autres résultats de la littérature. La vitesse d’ascension des bulles est réduite en présence de champs électriques, et les interactions de bulles voisines sont modifiées: il s’avère qu’en présence de champs électriques les bulles ont tendance à se repousser. Ces résultats, obtenus dans un environnement parfaitement contrôlé apportent la preuve que la présence de champs électriques modifie la dynamique des bulles et par conséquents les transferts thermiques associés. / Since boiling heat transfer affords a very effective means to transfer heat, it is implemented in numerous technologies and industries ranging from large power generation plants to micro-electronic thermal management. Although having been a subject of research for several decades, an accurate prediction of boiling heat transfer is still challenging due to the complexity of the coupled mechanisms involved. It appears that the boiling heat transfer coefficient is intimately related to bubble dynamics (i.e. bubble nucleation, growth and detachment) as well as factors such as nucleation site density and interaction between neighbouring and successive bubbles. In order to contribute to the understanding of the boiling phenomenon, an experimental investigation of saturated pool boiling from a single or two neighbouring artificial nucleation sites on a polished copper surface has been performed. The bubble growth dynamics has been characterized for different wall superheats and a experimental growth law has been established. The interaction between successive bubbles from the same nucleation site has been studied, showing the bubble shape oscillations that can be caused by these interactions. The forces acting on a growing bubble has been reviewed, and a complete momentum balance has been made for all stages of bubble growth. The curvature along the interface has been measured, and indications concerning the mechanism of bubble detachment have been suggested. The rise of bubble after detachment has been investigated, and the maximum velocity reached before a change of direction has been estimated and compared to existing models from the literature. The interaction between bubbles growing side by side has been studied: the generation and propagation of a wave front during the coalescence of two bubbles has been highlighted. As boiling heat transfer enhancement techniques are being imagined and developed, this study also focuses on the electrohydrodynamic enhancement technique. Boiling experiments have been performed in the presence of electric fields, and their effects on heat transfer and bubble dynamics have been characterized. Although the volume of the bubbles at detachment and the relationship between the bubble frequency and the wall superheat were not affected, the bubble growth curve was modified. The bubbles were elongated in the direction of the electric field, and this elongation was estimated and compared to other studies from the literature. The rising velocity of the bubble was reduced in the presence of electric field, and the behaviour of bubbles growing side by side was modified, the electric field causing the bubbles to repeal each other. These results, obtained in a fully controlled environment, provide compelling evidence that electric fields can be implemented to alter the bubble dynamics and subsequently heat transfer rates during boiling of dielectric fluids.

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / The developed method is proposed with the aim of estimating the energy partition on the surface, according to the Bowen ratio method, and the height of convective boundary layer on the monthly scale. The basic hypothesis is that the average temporal evolution of the variables air temperature and specific humidity is controlled solely by the convergence of surface fluxes of sensible and latent heat. This assumption is valid for the monthly scale and in mid-latitude regions away from the coast. Thus, it is assumed that the advective terms of the balance equation of these quantities in the convective boundary layer in prefrontal and post-frontal situations have opposite sign. Therefore, using for a longer time scale than the typical scale of the passage of synoptic systems, the cancellation of terms hypothesis can be tested. In this study, the method is applied to the region of Santa Maria, where it is assumed that the conditions allowing despise the advective terms in a monthly time scale are valid. Although the model is simplified, it was possible to estimate the surface fluxes of latent and sensible heat from simple meteorological data, such as hourly observations of air temperature and specific humidity and a vertical profile of these quantities in the morning; the method was efficient in most of the cases, and more flawed in the winter months. In general, the method overestimated consistently, but slightly, the latent heat fluxes, while the sensible heat fluxes were slightly underestimated in the winter and overestimated in the remaining months. This pattern caused a major deviation in energy partition in the winter months. The method can also be used to provide time evolution of the convective boundary layer. This is a variable of great interest for studies of pollutant dispersion and in many cases it is difficult to estimate. / O método desenvolvido é proposto com as finalidades de estimar a partição de energia na superfície pelo método da razão de Bowen e a altura da camada limite convectiva na escala mensal. A hipótese básica é de que a evolução temporal média das variáveis temperatura e umidade específica do ar é controlada unicamente pela convergência dos fluxos superficiais de calor sensível e calor latente. Essa suposição é válida para escala mensal e em regiões de latitudes médias afastadas da costa. Dessa forma, presume-se que os termos advectivos, da equação de balanço dessas quantidades na camada limite convectiva, nas situações pré-frontais e pós-frontais apresentam sinal oposto. Assim, utilizando-se para uma escala temporal mais longa que a escala típica da passagem dos sistemas sinóticos, a hipótese de cancelamento dos termos pode ser testada. No presente trabalho, o método é aplicado para a região de Santa Maria, onde é assumido que as condições que permitem desprezar os termos advectivos em escala mensal são válidas. Ainda que o modelo apresentado esteja simplificado, foi possível estimar os fluxos superficiais de calor latente e sensível a partir de dados meteorológicos simples, como observações horárias de temperatura do ar e umidade específica e um perfil vertical dessas quantidades no período da manhã; o método se mostrou eficiente em boa parte dos casos, sendo mais falho nos meses de inverno. De modo geral, o método superestimou consistentemente, mas de maneira leve, os fluxos de calor latente, enquanto os fluxos de calor sensível foram levemente subestimados no inverno e superestimados nos demais meses. Esse padrão causou um maior desvio na partição de energia nos meses de inverno. O método também pode ser utilizado para fornecer a evolução da altura da camada limite convectiva. Esta é uma variável de grande interesse para estudos de dispersão de poluentes e, em muitos casos, de difícil estimativa.

Surface brightness asymmetries are a very common feature of stars. Among other effects they cause a difference between the projected centre of mass and the photocentre. The evolution of those surface features makes this difference time-dependent. In some cases the displacement can be a non-negligible fraction of the star radius R, and if R>1 AU, of the parallax. We investigate the impact of surface brightness asymmetries on the Gaia astrometric solution and on the data processing flow. In particular we derive analytical expressions for the change in the derived astrometric parameters for a single-star, with respect to the parameters for a uniformly-bright star, as a function of the characteristics of the surface brightness asymmetries. These predictions are confirmed by the results of the processing of simulated astrometric Gaia data where a photocentre motion caused by surface brightness asymmetries has been added using a Gaussian Markovian model.<p>In the case of a red supergiant star, the average photocentre shift is about 0.1 AU. Such a photocentric noise translates in a 10% inaccuracy on the parallax (independently of the distance), which becomes larger than the statistical error on the parallax derived from the data reduction for stars that are up to about 4 kpc away. For the most nearby stars, we derive an inaccuracy on the parallax that can be 10 times its statistical error. Finally we estimate that up to about 4000 stars among red supergiants and bright giants may have astrometric parameters that are inaccurate at levels bigger than expected because of the surface brightness asymmetries. In the determination of this number, a crucial role is played by the Gaia observable magnitude range. The fact that Gaia will not observe stars brighter than 5.6 in the Gaia G band means that the closest stars will not be observed. Yet, the impact of the surface brightness asymmetries is proportional to their angular size, meaning that the stars whose astrometric accuracy would be most affected are not observed.<p>Various non-Gaussian spot models (as applicable in the case of magnetic spots) have been implemented and analytical predictions for the effects of such magnetic spots are computed for the most representative classes of magnetic stars.<p>Another effect of the presence of surface brightness asymmetries is their impact on Gaia data processing flow. The quality of the fit of the data is evaluated with the F2 parameter that is a transformation of χ2 such that it has a unit normal distribution when the model is adequate and it is independent of the number of measurements. If the goodness-of-fit F2 of the single-star solution is not good enough (F2>3), a chain of solution of growing complexity is tried until a satisfactory one (with F2<3) is obtained. If no good solution is found, a so-called stochastic solution is computed where a "cosmic" error is added to the data in order to obtain a single-star solution with F2=0. We show that the photocentre noise induces an increase in the goodness-of-fit parameter, causing this chain of solutions to be entered. Depending on the characteristics of the photocentre noise, a variable fraction of the stars in our simulations end up with a non-single-star solution. Yet, we show that these (orbital) solutions are not acceptable because non-significant or non-physical. Finally, an important fraction of stars is assigned a stochastic solution with a cosmic noise matching well the photocentric noise.<p><p>/<p><p>Les asymétries de brillance de surface sont une caractéristique commune des étoiles. Parmi d'autres effets, elles provoquent une différence entre la projection du centre de masse et le photocentre. L'évolution de ces structures de surface rend cette différence variable avec le temps. Dans certains cas, le déplacement du photocentre peut être une fraction non négligeable du rayon de l'étoile R et, si R>1 UA, de la parallaxe. Nous examinons l'impact des asymétries de brillance de surface sur la solution astrométrique de Gaia et sur le processus de traitement des données. En particulier nous dérivons des expressions analytiques pour le changement des paramètres astrométriques déerivées pour une étoile simple, par rapport aux paramètres pour une étoile uniformément lumineuse, en fonction des caractéristiques des asymétries de brillance de surface. Ces prévisions sont confirmées par les résultats de simulations du traitement des données astrométriques de Gaia, auxquelles des mouvements du photocentre causés par des asymétries de brillance de surface ont été ajoutés en utilisant un modèle gaussien markovien.<p><p>Dans le cas d'une étoile super-géante rouge, le décalage moyen du photocentre est d'environ 0.1 UA. Un bruit photocentrique de cette amplitude se traduit dans une imprécision de 10% sur la parallaxe (indépendamment de la distance), qui peut devenir plus grande que l'erreur statistique sur la parallaxe déerivée par la réduction des données, pour les étoiles plus proches d'environ 4 kpc. Pour les étoiles les plus proches, nous évaluons une imprécision sur la parallaxe qui peut être 10 fois leur erreur statistique. Finalement, nous estimons que jusqu'à environ 4000 étoiles parmi les super-géantes rouges et géantes brillantes peuvent avoir des paramètres astrométriques inexactes à des niveaux plus grands que prévu en raison des asymétries de brillance de surface. Dans la détermination de ce nombre, la gamme de magnitudes observables par Gaia joue un rôle crucial. Le fait que Gaia n'observera pas les étoiles plus brillantes que 5.6 mag (en bande Gaia) signifie que les étoiles les plus proches ne seront pas observées. Pourtant, l'impact des asymétries de brillance de surface est proportionnel à leur taille angulaire, ce qui signifie que les étoiles dont la précision astrométrique seraient la plus affecté ne seront pas observées.<p>Différents modèles de taches ont été réalisés et des prédictions analytiques pour les effets de ces taches magnétiques sont calculés pour les classes les plus représentatives des étoiles magnétiques. <p>Un autre effet de la présence des asymétries de brillance de surface est leur impact sur le traitement des données de Gaia. La qualité de l'ajustement des données est évaluée avec le paramètre F2 qui est une transformation de χ2 telle qu'il ait une distribution normale lorsque le modèle est adéquat. Si la qualité de l'ajustement F2 de la solution étoile-simple n'est pas acceptable (F2>3), une chaîne de solutions de complexité croissante est essayée jusqu'à ce qu'une solution satisfaisante (avec F2<3) soit obtenue. Si aucune solution satisfaisante n'est trouvée, une solution dite stochastique est calculée où une erreur "cosmique" est ajoutée aux données afin d'obtenir une solution étoile-simple avec F2=0. Nous montrons que le bruit du photocentre induit une augmentation de F2, ce qui provoque l'activation de cette chaîne de solutions. Selon les caractéristiques du bruit du photocentre, une solution étoile-non-simple est obtenue pour une fraction variable des étoiles dans nos simulations. Nous montrons que ces solutions (orbitales) ainsi obtenues ne sont pas acceptables car non significatives ou non-physiques. Enfin, une fraction importante d'étoiles se voient attribuer une solution stochastique avec un bruit cosmique correspondant au bruit photocentrique. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A climatological and synoptic evaluation of the atmospheric environments prone to severe weather under N-NW low-level flow over Rio Grande do Sul (RS) State is conducted. Atmospheric profiles from 00Z, 06Z, 12Z and 18Z were calculated using Reanalysis data for two geographically distinct regions of the state: the Serra Gaúcha (SG) and the Campanha Gaúcha (CG). Several convective parameters were calculated to identify the atmospheric ingredients useful to severe storm forecasting, which are: conditional instability, moisture availability and Vertical Wind Shear (VWS). To verify the occurrence of convective storms during, or up to 6 hours the low-level N-NW flow events, cold cloud tops were identified using images from GOES 10 and 12 satellites, associating each event with a brightness temperature category. The seasonal, annual and the distribution of the parameters as a function of depth of the convective activity is based on a quantile analysis. The parameter space between conditional instability and VWS is also investigated. The synoptic environments in which the storms develop across RS were analyzed by using mean and anomaly mean composite patterns of the relevant meteorological fields for convective weather forecasting. The climatology showed that the differences between the large-scale environments favorable to the development of storms in SG and CG are small. The expected seasonal behavior of conditional instability and VWS was well represented in this climatology. The transitional seasons are those which present both conditions of high instability and VWS and also record more storms in this regime. The analysis of the mean composites fields highlights the lack of pronounced Lapse Rates in pre-convective environments in RS. The pressure fall induced by a mid-level trough accelerates the N-NW flow which assumes a low-level jet character, responsible for increasing the supply of heat, moisture and low-level VWS. The deeper storms stand out from the others because they develop in environments with enhaced moisture and conditional instability anomalies. / Uma avaliação climatológica e sinótica dos ambientes atmosféricos conducentes à ocorrência de tempestades severas em situações de vento de N-NO em baixos níveis sobre o Rio Grande do Sul (RS) é realizada neste trabalho. Perfis atmosféricos das 00Z, 06Z, 12Z e 18Z foram calculados utilizando-se dados de Reanálise para duas regiões geograficamente distintas do estado: a Serra Gaúcha (SG) e a Campanha Gaúcha (CG). Foram calculados diversos parâmetros convectivos utilizados na identificação dos ingredientes atmosféricos necessários para o desenvolvimento de tempestades severas, que são: instabilidade condicional, oferta de umidade e cisalhamento vertical do vento (CVV). Para verificar a ocorrência de nebulosidade convectiva durante, ou até 6 horas após os eventos de escoamento de N-NO em baixos níveis, topos frios de nuvem foram identificados utilizando-se imagens dos satélites GOES 10 e 12, associando cada evento a uma classe de temperatura de brilho. A climatologia sazonal, anual e a distribuição dos parâmetros como função da profundidade da atividade convectiva é feita com base em uma análise de quantis. O espaço de parâmetros entre instabilidade condicional e CVV é também investigado. Os ambientes sinóticos em que as tempestades se desenvolvem no RS foram analisadas através de composições e anomalias médias dos campos meteorológicos relevantes para a previsão convectiva. A climatologia mostrou que as diferenças entre os ambientes em grande escala favoráveis ao desenvolvimento de tempestades na SG e CG são pequenas. O comportamento sazonal esperado da instabilidade condicional e do CVV foi bem representado nesta climatologia. A estações de transição são aquelas que apresentam simultaneamente as condições de alta instabilidade e CVV e também registram mais tempestades neste regime. A análise das composições médias ressalta a ausência de Lapse Rates acentuados nos ambientes pré-convectivos no RS. A queda de pressão induzida por um cavado em níveis médios acelera o escoamento de N-NO que assume a forma de um jato de baixos níveis, responsável por aumentar a oferta de calor, umidade e CVV em baixos níveis. As tempestades mais profundas destacam-se das demais por se desenvolverem em ambientes com acentuada anomalia de umidade e instabilidade condicional.