Submitted by Morgana Andrade (morgana.andrade@ufes.br) on 2016-03-22T17:05:04Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Pedro Henrique Bonfim Pantoja.pdf: 1965227 bytes, checksum: c6e11a3e91300bad3c95be08b469415f (MD5) / Approved for entry into archive by Patricia Barros (patricia.barros@ufes.br) on 2016-03-23T14:21:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Pedro Henrique Bonfim Pantoja.pdf: 1965227 bytes, checksum: c6e11a3e91300bad3c95be08b469415f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-23T14:21:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Pedro Henrique Bonfim Pantoja.pdf: 1965227 bytes, checksum: c6e11a3e91300bad3c95be08b469415f (MD5) / Neste trabalho, apresenta­se uma solução para equação de difusão­advecção considerando o  termo  contragradiente  que  é um termo  adicional. Esse termo  adicional  contém informações  sobre a assimetria, escala de tempo Lagrangeana e velocidade turbulenta vertical. A solução  da equação foi obtida pela utilização da técnica de Transformada de Laplace, considerando a  Camada  Limite  Planetária  (CLP)  como  um  sistema  de  multicamadas.  Os  parâmetros  turbulentos foram derivados da teoria de difusão estatística de Taylor, combinada com a teoria  da similaridade. Assim, são apresentadas simulações para diferentes valores de assimetria, o  que  propiciou  a  obtenção  de  uma  concentração  de  contaminantes  em  diferentes  alturas,  em  uma  camada  limite  convectiva.  A  avaliação  do  desempenho  do  modelo,  considerando  a  assimetria  no  processo  de  dispersão  de  poluentes  atmosféricos, foi realizada  através  de  um  experimento  de  tanque  convectivo  tradicional.  Nesse  experimento,  o  termo  contragradiente  influenciou a concentração de poluentes para uma camada limite convectiva. Entretanto, com  as  parametrizações  utilizadas,  o  modelo  não  conseguiu  captar  de  forma  eficiente  o  comportamento da concentração em pontos mais distantes da fonte. / In this paper presents a solution to the advection­diffusion equation considering the term is an  additional  term  countergradient.  This  additional  term  contains  information  asymmetry,  Lagrangian  time  scale  and  vertical  turbulent  velocity.  The  solution  of  the  equation  was  obtained  by  using  the  technique  of  Laplace  transform,  considering  the  planetary  boundary  layer (PBL)  as  a multilayer system. The  turbulent  parameters were  derived from statistical  distribution  theory  Taylor,  combined  with  the  theory  of similarity.  Hence,  Simulations  for  different  values  of  asymmetry, which  allowed to  obtain  a  concentration  of  contaminants  at  different  heights  in  a  convective  boundary  layer  is  displayed.  The  evaluation  of  model  performance,  considering  the  asymmetry  in  the  dispersion  of  air  pollutants  process  was  conducted  through  an  experiment  of  traditional  convective  tank.  In  this  experiment,  the  countergradient  influenced  the  concentration  of  pollutants  in  a  convective  boundary  layer.  However, with the parameterizations used, the model failed to capture efficiently the behavior  of concentration at points further away from the source.

Submitted by Morgana Andrade (morgana.andrade@ufes.br) on 2016-04-08T19:43:32Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) tese_8940_Lorena Coelho Benevides verso final.pdf: 1351644 bytes, checksum: 36811571a6fc31c4766e3cc2e0db0ce7 (MD5) / Approved for entry into archive by Patricia Barros (patricia.barros@ufes.br) on 2016-05-13T13:34:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) tese_8940_Lorena Coelho Benevides verso final.pdf: 1351644 bytes, checksum: 36811571a6fc31c4766e3cc2e0db0ce7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-13T13:34:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) tese_8940_Lorena Coelho Benevides verso final.pdf: 1351644 bytes, checksum: 36811571a6fc31c4766e3cc2e0db0ce7 (MD5) / CAPES / O Brasil produz 1,4 milhões de toneladas de suco de laranja, sendo responsável por 50% da produção mundial. Estima-se que 40-60% do volume processado seja considerado rejeito. Uma alternativa de aproveitamento da biomassa residual é a sua utilização para a obtenção de energia a partir do processo de pirólise. A compreensão desse processo envolve o estudo da cinética de degradação da biomassa residual, dos fenômenos de transporte, bem como do tipo, configuração e condições ótimas de operação do reator. O objetivo principal deste trabalho é o estudo cinético da pirólise de bagaço de laranja. Com relação à análise termogravimétrica, esta foi avaliada em dois estágios: o primeiro referente à perda de água livre até 373 K (secagem) e o segundo referente às reações de pirólise (devolatilização). Para a fase de secagem, modelos semi-empíricos de secagem foram usados em suas formas não isotérmicas. Já para a fase de devolatilização, utilizaram-se os modelos isoconversionais e o das reações paralelas independentes (RPI) reparametrizado. Para o primeiro estágio, o modelo que melhor descreveu a etapa de secagem dinâmica foi o de Overhutz, obtendo-se energia de ativação média de 11,24 kJ/mol. Já para o segundo estágio, os modelos isoconversionais apresentaram energia de ativação entre 104,94 e 417,27 kJ/mol. O modelo de Reações Paralelas Independentes Reparametrizado apresentou energia de ativação entre 130,32 e 153,62 kJ/mol, 144,00 e 194,65 kJ/mol, 59,23 e 85,41 kJ/mol, 74,16 e 148,89 kJ/mol, e 163,95 e 184,23 k/mol para hemicelulose, celulose, lignina, pectina e componente não conhecido, respectivamente. As frações dos subcomponentes do bagaço de laranja também foram estimados e obtiveram-se valores aproximados de 21, 31, 17, 25 e 6% de hemicelulose, celulose, lignina, pectina e componente x, respectivamente. Além disso, avaliou-se a cinética de secagem convectiva do bagaço, visto que o mesmo possui uma alta umidade inicial, empregando-se as equações semi-empíricas de cinética de secagem. A energia de ativação para a cinética convectiva do bagaço de laranja foi de 20,99 kJ/mol e o modelo de Overhultz foi o que melhor se adequou aos dados experimentais. / Brazil produces 1.4 million tons of orange juice, accounting for 50% of world production. It is estimated that 40-60% of the volume processed is considered tailings. An alternative use of residual biomass is their use for obtaining energy from the pyrolysis process. Understanding this process involves the study of the residual biomass degradation kinetics, transport phenomena, and the type, configuration, and optimal conditions of reactor operation. The aim of this work is the kinetic study of orange bagasse pyrolysis. With respect to thermogravimetric analysis, this was assessed in two stages: the first refers to the free water loss to 373 K (drying) and the second referring to the pyrolysis reactions (devolatilization). For the drying step, the semi-empirical models of drying were used in their non-isothermal forms. As for the devolatilization phase, they used the isoconversionais models and independent parallel reactions (RPI) reparametrized. For the first stage, the model that best describes the dynamic drying step was to Overhutz, obtaining average activation energy of 11,24 kJ/mol. As for the second stage, isoconversionais models showed activation energy between 104,94 and 417,27 kJ/mol. The reparametrized Independent Parallel Reactions model presented activation energy between 130,32 and 153,62 kJ/mol, 144,00 and 194,65 kJ/mol, 59,23 and 85,41 kJ/mol, 74,16 and 148,89 kJ/mol, and 163,95 and 184,23 kJ/mol for hemicellulose, cellulose, lignin, pectin, and component not known respectively. Fractions of subcomponents of orange bagasse were also estimated and is obtained approximate values of 21, 31, 17, 25 and 6% hemicellulose, cellulose, lignin, pectin and component x, respectively. In addition, it evaluated the convective drying kinetics bagasse, since it has a high initial moisture content, using the semi-empirical equations drying kinetics. The activation energy for convective kinetics of orange bagasse was 20,99 kJ/mol and the Overhultz model was the one best suited to the experimental data.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Weather Research and Forecasting (WRF) model is used in the simulation of 26 cases of cyclogenesis in southeastern South America, on the cyclogenetic region near the La Plata River mouth. The simulations comprised 26 cases of cyclogenesis in which rainfall was observed over the region, especially on the state of Rio Grande do Sul. Given the important role of convective parameterization in the production of precipitation into a numerical weather prediction model, this study aims to evaluate the precipitation produced in the simulations of cases of cyclogenesis using three different convection parameterization schemes: Betts-Miller-Janjic (BMJ), Grell-Dévényi (GD) e Kain-Fritsch (KF), keeping the other physical options, to isolate the impact of using different parameterizations for convection. For the evaluation of simulated rainfall, verification skill scores were used in order to make an objective assessment of simulated rain field from the observed data set (TRMM and MERGE), also allowing a comparison between simulations with different schemes. The results of the skill scores showed that, in general, the WRF best represents the rain of lower thresholds, with indexes based positioning (ETS, POD and RAF) with values closer to the ideal. The BIAS score indicated that the area of light rain is usually overestimated, while moderate and heavy rain showed greater differences between simulations with KF and BMJ schemes and verified with the two sets of observed data. Differences in the verification scores showed that the way how the convective flows are treated by schemes exert great influence on the precipitation produced, with the largest differences being observed between the BMJ and KF schemes. The simulations with the BMJ, wich is a convective adjustment based scheme, produced clearly smaller areal coverage and rainfall volume, especially if compared to the simulations with the KF scheme. Along with lower production of precipitation, the simulations with the BMJ showed, on average, smaller partition of convective rainfall compared to others. The sea level pressure field showed no significant differences, with the WRF simulating consistently with the GFS-FNL analysis, the position and central pressure of the cyclones. / O modelo Weather Research and Forecasting (WRF) é utilizado na simulação de 26 casos de ciclogênese no sudeste da América do Sul, na região ciclogenética próxima da foz do Rio da Prata. As simulações compreenderam 26 casos de ciclogênese nos quais foi observada precipitação sobre a região, especialmente sobre o estado do Rio Grande do Sul. Tendo em vista o importante papel das parametrizações convectivas na produção de precipitação em um modelo numérico de previsão de tempo, este estudo visa avaliar a precipitação produzida nas simulações dos casos de ciclogênese utilizando três diferentes esquemas de parametrização da convecção: Betts-Miller-Janjic (BMJ), Grell-Dévényi (GD) e Kain-Fritsch (KF), mantendo as outras opções físicas constantes, de modo a isolar o impacto do uso das diferentes parametrizações para a convecção. Para a avaliação da precipitação simulada foram utilizados índices estatísticos, com o objetivo de avaliar objetivamente o campo de chuva simulado a partir do conjunto de dados observados (TRMM e MERGE), possibilitando também uma comparação entre as simulações com os diferentes esquemas. Os resultados dos índices mostraram que em geral, o WRF representa melhor a chuva dos limiares mais fracos, com índices baseados no posicionamento (ETS, POD e RAF) tendo valores mais próximos dos ideais. O índice BIAS indicou que a área de chuva fraca é, em geral, superestimada enquanto que a de chuva moderada a forte apresentou diferenças maiores entre as simulações com os esquemas KF e BMJ e na verificação com os dois conjuntos de dados observados. As diferenças nos índices mostraram que a forma como os fluxos convectivos são tratados pelos esquemas exerce grande influência na precipitação produzida, com as maiores diferenças sendo observadas entre os esquemas KF e BMJ. As simulações com o esquema BMJ, que é baseado no ajuste convectivo dos perfis, claramente produziram menor área e volume de chuva, principalmente se comparadas às simulações com o KF. Juntamente com menor produção de precipitação, as simulações com o BMJ apresentaram, em média, menor partição de precipitação convectiva se comparada às outras. O campo de pressão ao nível do mar não apresentou diferenças muito significativas, com o WRF simulando de forma consistente com as análises FNL-GFS, o posicionamento e pressão central do ciclone.

Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM) são eventos meteorológicos de difícil previsão, que resultam em tempestades severas e desastres. O objetivo deste trabalho é indicar as características em grande escala do ambiente atmosférico favorável para a formação de CCM no Sul do Brasil, entre 1998 e 2007. Fez-se uso da base de dados de CCM de Durkee e Mote (2009), assim como das variáveis de Potencial de Energia Convectiva Disponível (CAPE), ponto de orvalho, temperatura, altura geopotencial, componentes de vento u e v e umidade relativa da reanálise do National Center for Environmental Prediction (NCEP) Climate Forecast System Reanalysis (CFSR), coletadas entre 2,5 e 5,5 horas antes do desenvolvimento dos CCM. Com o método de Análise das Componentes Principais (ACP), geraram-se as composições do ambiente atmosférico médio favorável ao desenvolvimento dos CCM, para comparar o grupo dos que ocorreram no Sul do Brasil ao dos que atuaram em outras regiões da AS. Usando como dado de entrada as variáveis de altura geopotencial e temperatura (em 850 hPa), foram encontradas quatro componentes principais para cada um dos grupos de CCM. Com base nas componentes principais, nas variáveis atmosféricas e nas cartas sinóticas, foram reconstruídos os ambientes atmosféricos médios para identificar o comportamento das características atmosféricas prévias aos CCM para cada conjunto de eventos. Os resultados identificaram 303 CCM, 96 no Sul do Brasil, 168 em outras regiões da AS e 39 oceânicos. O ambiente atmosférico médio dos 168 CCM não apresentou características homogêneas, pois 75% das componentes não possuíam jatos de baixos níveis (JBN) dentro dos critérios adotados, mas a presença de um escoamento meridional. Esse fluxo, ao encontrar com a região de divergência dos jatos de altos níveis (JAN), foi um dos fatores favoráveis para a convecção, já que seus valores de CAPE (≥ 450 J kg-1) eram menores que a média esperada para formação de tempestades e só uma das componentes teve frentes frias associadas. Por outro lado, o grupo dos 96 CCM que atuaram no Sul do Brasil mostrou-se cerca de 50.000 km² maior em extensão que os das outras regiões da AS e dos EUA e com duração de pelo menos 3 h a mais. Além disso, as características atmosféricas do grupo de CCM do Sul do Brasil mostraram padrões homogêneos, podendo indicar a formação de CCM nessa região quando: o campo de ventos médios em 850 e 200 hPa, se encontrarem em posição ortogonal, indicando acoplamento entre os jatos de baixos e altos níveis; os valores de CAPE forem ≥ 600 J kg-1 e o cisalhamento vertical estiver entre 7 e 12 m s-1; houver atuação das frentes frias no sul da AS; a umidade relativa disponível estiver concentrada próxima à região Sul do Brasil, com valores maiores que 80%; a altura geopotencial (850 hPa) apresentar um cavado na região gênese dos CCM e a temperatura (850 hPa) estiver mais elevada próxima e ao norte da região de formação. / Mesoscale Convective Complexes (MCCs) are meteorological events difficult to forecast, which result in severe storms and other natural hazards. This study’s objective is to indicate the large-scale atmospheric environment favorable to develop MCCs in Southern Brazil during the 1998–2007 period. The MCCs database used was from Durkee and Mote (2009) and the variables selected include CAPE (Convective Available Potential Energy), dewpoint temperature, temperature, geopotential height, and relative humidity from National Center for Environmental Prediction (NCEP) Climate Forecast System Reanalysis (CFSR), collected from 2,5 to 5,5 hours before the MCCs’ development. Principal component analysis (PCA) method was used to construct the average atmospheric environments of MCCs group that occurred in Southern Brazil to compare with MCCs that occurred in other regions of South America. Temperature and geopotential height were the variables used for the PCA, resulting in four principal components to each MCCs group. Based on these principal components, meteorological variables and synoptic charts, average atmospheric environments were built to understand the atmospheric parameters that indicate the development of MCCs in each group. Results show 303 MMCs, 96 were located in Southern Brazil, 168 in South America and 39 in the South Atlantic Ocean. The average atmospheric environment from the group of 168 MCCs did not indicate homogeneous characteristics, as 75% of its principal components cannot be characterized as having a low-level jet (LLJ) in the wind field, instead only a meridional flux of humid and warm air at 850 hPa. This air coupled with the upperlevel jet (ULJ) was found to be responsible for convection developing MCCs, as CAPE (≥ 450 J kg-1) was below the average to produce storms and only one component was associated with a cold front. On the other hand, the MCCs’ group of Southern Brazil is on the order of 50.000 km² larger and 3 hours longer than MCCs from other regions of South America and from the United States. Furthermore, the atmospheric characteristics of the Southern Brazil MCCs’ group revealed homogenous patterns, which suggest that the development of MCCs in this region starts when: the mean wind field indicate a coupled LLJ (jet streak between 10 and 12 m s-1) and ULJ (jet streak ≥ 32 m s-1), CAPE value is ≥ 600 J kg-1 and the vertical wind shear is from 7 to 12 m s-1, cold fronts are active in Southern South America, the relative humidity is concentrated in Southern Brazil and above 80%, the geopotential height (850 hPa) indicate a trough in the genesis region of MCCs and the temperature (850 hPa) is higher near and northern the genesis region.

Orientador: Sandra Cristina dos Santos Rocha / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T13:17:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vieira_MelissaGurgelAdeodato_D.pdf: 15789035 bytes, checksum: a4310c5dbe44a9a8965201da94b3f2d8 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: o papel ainda desempenha um fator chave na cultura e na difusão da informação apesar dos grandes avanços tecnológicos. Embora seja produzido a partir de um recurso renovável, como é a madeira, existe tecnologia que permite a sua reutilização a partir de fibras recuperadas. A recic1agem do papel permite uma grande redução na quantidade de resíduos sólidos urbanos, evitando a utilização de recursos naturais tais como a madeira e a água, além de diminuir bastante o consumo energético na indústria papeleira. A produção da polpa de celulose é o grande consumidor de energia no processo de fabricação do papel, seguido da secagem do papel, que é o segundo processo neste tipo de indústria que mais consome energia. A secagem é um processo complexo, de grande importância tanto em termos energéticos como também na qualidade do produto final. Neste contexto, este trabalho teve como proposta analisar a secagem de polpa de celulose a partir de fibras recuperadas para a fabricação de papel cartão recic1ado. Para tanto, projetou-se um secador convectivo, em escala laboratorial, para a secagem da polpa de papel. Foram determinadas as curvas de secagem em função de diferentes condições operacionais e as isotermas de dessorção do papel pelo método dinâmico. Uma análise da qualidade do produto foi realizada para as diferentes condições, além da análise energética do processo. Paralelamente, fez-se um estudo comparativo entre a secagem natural ao ar livre (utilizada em pequenas produções) e a secagem .por convecção forçada no secador projetado. Complementando o estudo da secagem, analisou-se o encolhimento do papel durante a secagem, relacionando-o com as condições operacionais do processo, as características físicas e a qualidade do produto. O secador desenvolvido neste trabalho mostrou-se adequado para a secagem do papel recic1ado tipo cartão, apresentando uma eficiência energética compatível com a dos secadores utilizados na indútria papeleira (24,53%). Verificou-se que o aumento da temperatura e da velocidade do ar de secagem influencia positivamente no processo, reduzindo significativamente o tempo de secagem. No entanto, a qualidade do papel é inferior nas condições mais dráticas de secagem, obtendo-se um produto final com superfície menos uniforme e mais ressecada. No estudo de encolhimento durante a secagem, assim como na análise da qualidade da superfície (J / Abstract: Even though the great technological advances, the paper still carries out an important role in the culture and in the diffusion of information. Although it is produced by a renewable source, as the wood, technology allowing paper reuse is available. A selective pick up is necessary for the pulp processing from recovered fibers. The paper recycling allows a great reduction of the amount of urban solid residues, avoiding the use of natural sources as wood and water, besides decreasing a lot the energy consumption in the paper industry. The production of the cellulose pulp is the first great energy consumer in the process of paper production, followed by the paper drying process. The drying is a complex process, of great importance, not only in energy terms, but for the quality of the final product. In this context, this work had the objective to analyze the drying of cellulose pulp made from recovered fibers for the production of card type recycled paper. For this, a convective dryer was projected, in laboratorial scale, for the drying of the paper pulp. The drying curves as a function of different operating conditions were analyzed and the paper dessorption isotherms were determined by the dynamic method. An analysis of the product quality was accomplished for different conditions, as well as the process energy consumption evaluation. A comparative study between the natural drying (used in small productions) and the drying by forced convection was also effectuated. To complement the drying analysis, the shrinkage of the paper was evaluated during the drying and related to the operating conditions, physical characteristics and quality of the product. The dryer developed in this work showed to be appropriate for the drying of the recycled card type paper , presenting energy efficiency compatible with dryers used in paper industries (24,53%). It was verified that the increase of the temperature and velocity of the drying air influenced the process reducing the drying time. However, the quality of the paper is poor for severe operating conditions, leading to a less uniform final product, having a very dry surface. In the paper shrinkage study during drying, as well as in the analysis of the surface quality, similar results were gotten for the papers dried at 70 and 80°C. Significant modifications of structural properties and a low quality of the product were verified for the paper dried at 90°C, indicating a limit to the air temperature for the convective drying of the analyzed recycled papeI. The paper dried at 90°C suffered 15% of surface shrinkage and also 40% of linear and volume reduction during the falling rate drying phase. The paper dried under softer operating conditions (66°C; O,22m/s) presented characteristics similar to the paper naturally dried. Thus, a type card recycled paper can be producted with adequate quality using the convective drier, reducing significantly the necessary time for the drying af the paper sheet / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

A presente dissertação trata de um estudo teórico-experimental sobre escoamento monofásico e bifásico em um dissipador de calor baseado em microcanais. Este tipo de dissipador de calor tem sido usado para a intensificação da troca de calor em sistemas compactos e de alto desempenho. A intensificação da troca de calor promovida pelo escoamento em microcanais é acompanhada de um incremento na perda de pressão, portanto o estudo destes dois parâmetros é essencial para o entendimento dos fenômenos relacionados e fundamental para o desenvolvimento de ferramentas de projeto para dissipadores de calor baseados em microcanais. Inicialmente, um levantamento bibliográfico extenso sobre a ebulição convectiva em microcanais de reduzido diâmetro foi realizado. Este estudo da literatura trata de critérios de transição entre micro- e macro-escala, padrões de escoamento, métodos de previsão do coeficiente de transferência de calor e perda de pressão. Atenção específica foi dada a estudos de dissipadores de calor baseados em microcanais. Com base nesta análise da literatura, uma bancada experimental foi confeccionada para que dados experimentais de transferência de calor e perda de pressão pudessem ser levantados a partir de um dissipador de calor de microcanais. O dissipador de calor fabricado para este estudo é constituído de 50 microcanais retangulares dispostos paralelamente com 15 mm de comprimento, 100 µm de largura, 500 µm de profundidade e espaçados entre si de 200 µm. Experimentos foram executados para o R134a, velocidades mássicas de 400 a 1500 kg/m²s, título de vapor máximo de 0,35 e fluxos de calor de até 310 kW/m². Como conclusão deste trabalho observa-se perda de pressão elevada em relação aos valores fornecidos pelos métodos de previsão da literatura e um coeficiente de transferência de calor próximo ao estimado pelo modelo de três zonas proposto por Thome et al. (2004). / This study presents a theoretical and experimental investigation on single and two-phase flows in a microchannel based heat sink. Multi-microchannel heat sinks are able of dissipating extremely high heat fluxes under confined conditions. Such characteristics have attracted the attention of academia and industry and actually several studies are being carried out in order to evaluate and optimize such devices. Initially, an extensive investigation of the literature concerning convective boiling in micro-scale channels was performed. This literature review covers transitional criteria between micro- and macro-scale flow boiling, two phase flow patterns, heat transfer coefficient and pressure drop during convective boiling. Special attention was given to studies concerning microchannels based heat sinks. Based on this investigation, an experimental facility was built for performing heat transfer and pressure drop measurements during single-phase flow and flow boiling in microchannel based heat sinks. For this study, a microchannel based heat sink was also manufactured. The heat sink contains 50 rectangular parallel microchannels, 15 mm long, 100 µm wide by 500 µm deep and separated by 200 µm walls. Experiments were performed for R134a, mass velocity of 400-1500 kg/m²s, maximum vapor quality of 0,35 and heat fluxes up to 310 kW/m². The database obtained in the present study was compared against pressure drop and heat transfer coefficient prediction methods from the literature. It was found that no one method is accurate in predicting heat sink pressure drop while heat transfer coefficient results were accurately predicted by the 3-zone model proposed by Thome et al. (2004).

A presente dissertação trata de um estudo teórico-experimental sobre escoamento monofásico e bifásico no interior de tubos com fitas retorcidas. Esta técnica tem sido utilizada há várias décadas para a intensificação de troca de calor para escoamento monofásico e evaporação convectiva no interior de tubos. No entanto, com sua utilização, o aumento do coeficiente de troca de calor é acompanhado pelo incremento da perda de pressão. Portanto a compreensão dos fenômenos relacionados aos incrementos da perda de pressão e troca de calor são fundamentais para engenheiros projetistas. Neste estudo, inicialmente, é apresentada uma extensa revisão bibliográfica sobre padrões de escoamento, modelos para estimativa de fração de vazio e metodologias para previsão da perda de pressão em tubos com e sem fitas retorcidas para escoamentos bifásicos e monofásicos. Foram realizados experimentos em bancada experimental utilizando seção de testes com diâmetro interno de 15,9 mm e dois metros de comprimento com fitas apresentando razões de retorcimento de 3, 4, 9, 14 e , a última correspondente ao tubo sem inserto. Os experimentos foram executados para o refrigerante R134a, velocidades mássicas entre 75 e 250 kg/m²s, e títulos de vapor entre 5 e 95% no caso de escoamentos bifásicos. Resultados foram levantados para velocidades mássicas entre 100 e 450 kg/m²s para escoamentos monofásicos. Durante os ensaios foram levantados resultados de perda de pressão e identificados subjetivamente os respectivos padrões de escoamento. Como resultado final deste estudo é proposta uma correlação para previsão da perda de pressão durante o escoamento no interior de tubos com fitas retorcidas. / A theoretical and experimental study on single and two-phase flow inside tubes with twisted tapes inserts is presented. Twisted tape inserts have been used for decades as a technique of heat transfer enhancement. However, their heat transfer enhancement is accompanied by an increase of the pressure drop. Therefore, understanding the pressure drop and heat transfer mechanisms is fundamental for heat exchanger designers in order to optimize these devices when using twisted-tape inserts. Based on these aspects the present study concerns single and two-phase flows inside tubes with twisted tapes. Experiments were performed in an experimental apparatus for a 15.9 mm ID and twisted tape with twist ratios of 3, 4, 9, 14 and , the last one corresponding to a plain tube without tape. For two-phase flow, experiments were conducted for R134a, mass velocities from 75 to 250 kg/m²s and vapor qualities from 5 to 95%. In case of single-phase flow, experiments were performed for mass velocities from 100 to 450 kg/m²s. The experimental campaign was focused on pressure drop and flow pattern subjective identification. Additionally an extensive literature review on flow patterns, superficial void fraction, and methodologies for prediction of the pressure drop in plain tubes with and without twisted-tape inserts during single and two-phase flow is presented. As final result, a correlation for prediction of pressure drop during flow inside tubes with twisted tape inserts is proposed.

Apresenta um estudo teórico-experimental da ebulição convectiva do fluido refrigerante R-134a no interior de tubos lisos. Os parâmetros físicos disponíveis para medida foram: pressão, temperatura, vazão de refrigerante e potência de aquecimento, os quais, juntamente com o registro fotográfico, foram utilizados para caracterizar os padrões de escoamento e as transições, investigando-se os efeitos do diâmetro do tubo, da velocidade mássica e do fluxo de calor sobre a perda de pressão e a transferência de calor. Os principais padrões de escoamento visualizados foram: o intermitente, o anular e o estratificado, nos quais constatou-se que, as transições são governadas, principalmente, pelos efeitos da velocidade mássica e do diâmetro do tubo. Dentre estes padrões de escoamento, o anular e o estratificado foram modelados analiticamente. O modelo para o escoamento anular foi utilizado na obtenção de correlações para o fator de atrito interfacial e para espessura do filme de líquido. O modelo para o escoamento estratificado foi dividido em duas partes, uma destinada a obter a configuração da interface, a qual se mostrou côncava e a outra destinada à determinação dos fatores de atrito líquido-parede e interfacial os quais foram correlacionados / The research reports a theoretical and experimental study of convective boiling of refrigerant R-134a in smooth tubes. Tests have been carried out to measure the following physical parameters at the test section: mass flow rate, pressure and pressure drop, refrigerant and surface temperatures and the electrical power. In addition to these parameters, a photographic study has been carried out from pictures taken at the test section exit in order to determine the flow regimes that intervene under the imposed operating conditions. Effects over the pressure drop and heat transfer of the mass flow rate, heat flux, quality, and tube diameter have been investigated. Three flow regimes have been found: the intermitent, the stratified and the annular. Flow regime transitions are apparently governed by the mass velocity and tube diameter. The annular and the stratified flow regimes have been semi-empirically modeled using a mechanistic approach. The annular flow model has been applied to develop correlations for two important physical parameters: the interfacial friction factor and the film thickness. Through the stratified model, the shape of the interface has been evaluated along with correlations for the liquid to wall and interface friction factors

A rotina operacional de monitoramento e previsão de tempo tem mudado bastante nos últimos anos. Além de informações convencionais existentes, que são bem conhecidas nos centros operacionais, os dados obtidos por sensoriamento remoto através de satélites, radares meteorológicos e sensores de detecção de descargas atmosféricas fornecem informações vitais e em tempo real, sendo estas as principais ferramentas para a detecção e previsão de tempestades severas. Na America do Sul, em especial o nordeste da Argentina, Paraguai, Uruguai e o sul do Brasil são regiões particularmente sujeitas a ocorrência de eventos severos (precipitação intensa, granizo, enchentes e intensa atividade elétrica, além de vendavais e tornados). No sul do Brasil, a distribuição mensal de chuvas é bastante uniforme, porém com alta variabilidade diária associada, principalmente, à passagem das frentes frias pela região e aos Sistemas Convectivos de Mesoescala, que se formam nessa região. A principal atividade econômica nessa região do Brasil é a agroindústria, diretamente dependente da distribuição da precipitação para a produção, como também susceptível aos fenômenos meteorológicos adversos associados. Além desta atividade, a região sul é responsável pela produção de, aproximadamente, 35% de toda a energia elétrica utilizada no país. O objetivo principal desta pesquisa foi estudar os aspectos espaciais e temporais da atividade elétrica durante os eventos de Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM) e examinar as possíveis relações entre o ambiente no qual essas tempestades se desenvolvem e as características elétricas e hidrometeorológicas desses, conforme observados por um radar meteorológico Doppler, e uma rede de detecção de relâmpagos, principalmente, e também com informações de satélites meteorológicos, dados de superfície e análises de modelos numéricos. Os resultados deste trabalho mostraram a importância das características dinâmicas na região, em especial a presença dos jatos em baixos níveis com a convergência de umidade na região para a organização dos eventos de SCM, como também a distribuição dos regimes de precipitação com características distintas de estrutura de refletividade observada por radar e também de atividade elétrica durante os eventos analisados. Espera-se que os resultados deste trabalho ajudem a entender melhor a relação dos sistemas convectivos de mesoescala e sua estrutura e evolução, como observados e detectados pelos sistemas remotos de monitoramento hidrometeorológico, além de um melhor entendimento e aperfeiçoamento de nossas habilidades de análise e previsão de tempo relacionados a esses eventos severos com precipitação intensa. / The operational routine in weather monitoring and forecasting has changed a lot in the past years. Besides conventional information, well known in operational centers, data from remote sensing such as satellite, weather radars and lightning detection network provide vital information in real time, as the main tools for severe weather detection and forecasting In South America, specially northeastern Argentina, Paraguay, Uruguay and southern Brazil are regions prone to severe weather (intense precipitation, hail, floddings, lightning, tornadoes and gust winds). In the South of Brazil, monthly precipitation distribution is very uniform, but with daily variability associated, mostly, with the passage of cold fronts through the region and to mesoscale convective systems, forming in this area. The major economical activity in this region of Brazil is agroindustry, directly dependent of precipitation distribution for production and also susceptible to diverse meteorological events associated with it. Besides this activity, the south region is responsible for the production of, approximately, 35\\% of all electric energy used in the country. The main goal of this research was to study spatial and temporal aspects of the electrical activity during MCS events, as observed by a weather radar and a network of ligthning detection sensors in the south of Brazil, and to examine possible relations between the environment in which these storms develop and electrical characteristics of these weather systems, using weather radar, lightning, satellite and numerical model information. The results of this work showed the importance of the dynamic characteristics in the regial, specially the presence of low level jets and humidity convergence in the region to organize MCS events, as well as a distribution of precipitation regimes whith distinct characteristics of radar reflectivity and electrical activity during the analysed events. With this work we expect to contribute with the understanding of the relation of MCS structure and evolution as observed and detected by hydrometeorological monitoring systems and to improve the comprehension and ability to analyse and forecast such severe weather systems.

Esse trabalho descreve a evolução espacial e temporal da dispersão de um poluente inerte e passivo em uma CLP altamente convectiva simulada com um modelo LES. A versão do modelo LES utilizado foi desenvolvida por Moeng (1984) e modificada por Sullivan et al. (1994). A condição de quase-equilíbrio é verificada através da energia cinética turbulenta (ECT) total integrada na CLP. Os perfis verticais dos momentos estatísticos de primeira, segunda e terceira ordem, concordam com os prognósticos da teoria da similaridade da camada de mistura apresentados na literatura. Os termos da equação de ECT estão em balanço e o transporte de ECT devido às flutuações de pressão é um termo fonte na região próxima à superfície. Os espectros espaciais apresentam uma região de subintervalo inercial com inclinação proporcional a k^(-5/3), onde as relações de isotropia são reproduzidas para a componente vertical de velocidade. O valor estimado da constante de Kolmogorov é 0,52. Resultados equivalentes foram obtidos para os espectros temporais de velocidade. Os espectros das componentes de velocidade apresentam uma região de produção bem definida, permitindo estimar as escalas de comprimento dos turbilhões mais energéticos. Nos espectros espaciais, os comprimentos de onda associados aos turbilhões mais energéticos são aproximadamente constantes e iguais a 1,3 zi. Os valores estimados através dos espectros temporais são 1,5 vezes maiores. Esses resultados confirmam as restrições da aplicação da hipótese de Taylor em uma CLP em condições altamente convectivas. No caso de um poluente emitido por uma fonte área contínua localizada próxima à superfície, representativo das emissões de CO na região metropolitana de São Paulo, o grau de limpeza da CLP está relacionado à intensidade dos processos de entranhamento no topo. As abordagens euleriana e lagrangiana para a descrição da dispersão de um poluente emitido por fonte pontual contínua são similares para alturas elevadas e reproduzem o comportamento esperado das plumas em condições convectivas, quando estão associadas ao modelo LES. Essa concordância confirma a hipótese levantada neste trabalho de que o modelo LES pode ser utilizado como uma ferramenta de validação de modelos operacionais de dispersão. / This work describes the spatial and temporal evolution of the dispersion of an inert and passive pollutant in a highly convective planetary boundary layer (PBL) simulated by LES model. The LES model used here was developed by Moeng (1984) and modified by Sullivan et al. (1994). The quasi-stationary state is verified by total turbulent kinetic energy (TKE) integrated in the PBL. The vertical profiles of the first, second and third order statistical moments, agreed with the predictions of the mixed layer similarity theory available in the literature. The TKE equation terms are balance and TKE pressure-transport is a source in the near to the surface. The spatial spectra show a inertial subrange proportional k^(-5/3), were isotropy relations are reproduced for vertical velocity. The Kolmogorov constant estimated is 0,52. The equivalent results are obtained for temporal wind velocity spectra. The wind velocity spectra show very well defined production region, allowing to estimate the spectral peak wavelength and characteristic length. In the spatial spectra cases, the horizontal velocity peak wavelengths are approximately constants and equal to 1.3 zi. The values obtained from temporal spectra are 1.5 larger. The same factor is found for temporal and spatial estimates. These results confirm the restrictions to the Taylor’s hypothesis applications in highly convective PBL. The concentration of pollutant released from a continuous area source located near to the surface, representing CO emissions in São Paulo city, is strongly dependent on the intensity of the entrainment at the top of PBL. The eulerian and lagrangian approaches are equally capable to describe the dispersion of continuous elevated point source located in PBL, reproducing the plume behaviour for convective conditions, when associated to LES model. This agreement indicates that LES model can be used as a tool to validated operational dispersion models.