[pt] O uso da pasta de gelo começou recentemente a ser aplicado em sistemas de refrigeração e condicionamento de ar. Como principais vantagens deste fluido, podem ser citados: a possibilidade de armazenar calor latente do gelo e a possibilidade de ser bombeado como a água fria. Assim, o pasta de gelo pode ser usado para o armazenamento térmico no lugar da água fria ou do gelo, desde que, até determinadas concentrações, possa ser bombeado através dos trocadores de calor. Para que esta tecnologia seja aceita extensamente, informações de engenharia são requeridas nas características de transporte nos equipamentos de troca de calor. Um dispositivo experimental foi desenvolvido para estudar os coeficientes de transporte do pasta de gelo em um trocador de calor de placas, utilizando água como carga térmica a resfriar. Foram investigadas várias situações para diferentes frações iniciais e vazões do pasta de gelo. As condições de entrada da carga térmica, foram mantidas constantes. São monitoradas a temperatura, a queda de pressão, a fração do gelo sólido e a vazão do pasta de gelo no trocador de calor, assim como a vazão e a de temperatura na parte da carga térmica. Os resultados mostram que o coeficiente global de troca de calor aumenta com aumento da fração inicial do gelo. A capacidade do resfriamento do trocador de calor aumenta consideravelmente, em relação da água, quando a pasta de gelo, é utilizada como fluido secundário. Finalmente, a queda de pressão aumenta com o aumento da fração inicial de gelo. / [en] The use of the ice slurry is recently applied in the refrigeration and air conditioning systems. Advantages such as the possibility to store latent heat on ice and the possibility of being pumped as cold water can be considered. Ice slurries can be used both for cold storage in place of chilled water or ice and as a secondary refrigerant since, up to certain concentrations, they can be pumped directly through distribution pipeworks and heat exchangers. For ice slurries to become more widely accepted, however, more engineering information is required on fluid flow and heat transfer characteristics. An experimental device was developed to study the transport properties of the ice slurry in plate heat exchangers. Several situations were investigated for different initial fractions and flows of ice slurry. The conditions of the thermal load (pure water), had been kept constant. The temperature field, the pressure loss, the initial fraction and the flow of ice slurry are monitored in the heat exchanger, beyond the flow and the temperature field is monitored in the part of the thermal load. The overall heat transfer coefficient, increases in function of the initial ice fraction. The capacity cooling of the heat exchanger increases with the use of ice slurry when compared to pure water. Finally can be showed that the loss of pressure increases for higher initial ice fraction.

Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSA) são dispositivos usados para melhorar o condicionamento térmico de ambientes construídos. Eles funcionam através da ventilação do ar por um ou mais dutos enterrados, utilizando o solo como fonte ou sumidouro de calor. Em virtude da defasagem entre as temperaturas do ar e das camadas superficiais da Terra, é possível resfriar o ar no verão e aquecê-lo no inverno. Seus princípios de operação baseiam-se na mecânica dos fluidos e transferência de calor, áreas onde a teoria Construtal tem sido usada para melhorar o desempenho, ou reduzir imperfeições, de vários sistemas térmicos, após uma estratégica análise de suas geometrias (ou de seu design), também chamada de método Design Construtal que se fundamenta na lei construtal. Dessa lei, projetos em engenharia devem começar, por exemplo, descobrindo as arquiteturas que facilitam o escoamento entre uma fonte pontual e um volume, ou vice-versa. Explorando esses conceitos para TCSA, onde a corrente é o calor que flui entre os dutos e o solo, esta tese objetiva centralmente avaliar o desempenho térmico desses dispositivos em função de possíveis desenhos de suas estruturas. Particularmente, isso foi feito: (1) usando um duto e variando seu diâmetro e vazão de ar; (2) inserindo novos dutos, até um total de cinco, mantendo a vazão de ar constante, e estudando diversas disposições geométricas. Numericamente, foram empregados dois modelos testados e validados a partir de dados experimentais, que foram simulados no código comercial de dinâmica dos fluidos computacional, FLUENT, o qual baseia-se em métodos de volumes finitos. As geometrias e malhas foram geradas no software GAMBIT. Dos resultados numéricos, esta tese também avançou desenvolvendo novos modelos para o conceito de potencial térmico instantâneo, que é uma medida das diferenças de temperatura entre a saída e a entrada dos dutos de TCSA. Descobriu-se que estes modelos podiam ser simplificados em termos de funções senoidais, facilitando análises e definições analíticas subsequentes, criando um quadro resumo para grandes volumes de dados simulados. Das avaliações dos resultados nos estudos com um duto, foram encontradas faixas para a obtenção de rendimentos térmicos anuais estimados em pelo menos 80%, com mudanças no diâmetro e/ou vazão do ar. Analisando múltiplos dutos, foram reveladas melhorias significativas de rendimento com: (1) o aumento no número de dutos; (2) a redução, até certos limites, da razão entre os espaçamentos verticais e horizontais entre eles; (3) a ampliação da razão entre o volume da instalação e o volume do domínio computacional. Destaca-se, ainda, que em todos os casos foram calculados balanços energéticos, com a estimativa das taxas (e quantidade) de calor trocado, bem como da energia elétrica consumida pelos ventiladores, mostrando sua viabilidade no condicionamento de ar com redução do consumo de energia elétrica. / The Earth-Air Heat Exchangers (EAHE) are devices used to improve the thermal conditions of built environments. They work by blowing the air inside buried ducts to use the soil as heat source or sink. Due to a phase difference between the air and ground temperatures, it is possible to cool the air in the summer and heat it in the winter. These operating principles are based on the areas of fluid mechanics and heat transfer, where the Constructal theory has been used to improve the performance, or reduce imperfections, of several thermal systems, after a strategic evaluation of their geometries (or their design), also called Constructal Design method, which is anchored by the constructal law. From this law, engineering projects should begin, for example, finding the architectures which ease the flow between a source point and a volume, or vice versa. Bringing these concepts to EAHE, where the current is the heat which flows between the ducts and the soil, this thesis mainly aims to assess the thermal performance of EAHE due to possible designs of their layouts. Particularly, this was done by: (1) adopting one duct and varying its diameter and/or the air flow; (2) using up to five ducts, keeping the air flow constant, and studying various geometric shapes. Numerically, two models were used, which have been tested and validated from experimental data, and the simulations were done in the CFD software FLUENT, which is based in the finite volume methods. The geometries and meshes were generated by the software GAMBIT. From the numerical results, this thesis also pursued developing new models for the concept of the instantaneous thermal potential, which is a measure of the temperatures differences between the ducts outlet and inlet. It was found that these models can be simplified in terms of sinusoidal functions, helping analysis, definitions, and creating a framework to summarize large volumes of simulated data. From the evaluation of the data in the studies with one duct, ranges for changes in their diameter and/or air flow were found to obtain at least 80% of estimated annual efficiency. Analyzing multiple ducts, significant improvements in efficiency were also obtained by: (1) increasing the number of ducts; (2) reducing, to some extent, the ratio between their vertical and horizontal spacings; (3) increasing the ratio between the installation volume and the computational domain. It should also be highlighted that in all cases the energy balances were computed, to find the rates (and amounts) of exchanged heat, as well as the electric energy consumed by the fans, showing the economic viability of using EAHE as devices for air conditioning.

Os estudos foram realizados em cultura de células HEK-293 (human embrionic kidney cells). Por microscopia de fluorescência, avaliou-se a velocidade de recuperação do pHi (dpHi/dt). Por Western blot, avaliou-se a expressão de SGLTs e NHEs e a translocação dos SGLTs foi avaliada por imunofluorescência. Resultados: No controle, a dpHi/dt foi de 0,169 ± 0,020 unid pH/min (n=6). A glicose modula dose e tempo dependentemente a dpHi/dt. O tratamento crônico aumentou esse parâmetro e somente Florizina (inibidor dos SGLTs), H-89 (inibidor da PKA) e BAPTA (quelante de Ca2+intracelular Ca2+i) reduziram esse efeito. O tratamento crônico induziu a internalização do SGLT1, manteve o SGLT2 no citosol e aumentou sua expressão. Conclusões: No tratamento crônico, a internalização do SGLT1 depende da PKA, independe de Ca2+i e a permanência do SGLT2 no citosol depende tanto da PKA quanto do Ca2+i. Assim, a distribuição celular do SGLT2 altera a atividade dos NHEs. / In this work we used human embryonic kidney (HEK-293 cells). The pHi recovery rate (dpHi/dt) was evaluated through fluorescence microscopy. The expression of SGLT´s and NHEs was analysed through Western blot and translocation of SGLTs was evaluated through Imunofluorescence. Results: In the control situation, the dpHi/dt was 0,169 ± 0,020 units pH/min (n=6). This parameter was modulated by glucose in a concentration and time dependent manner. Chronic treatment increased the dpHi/dt and this stimulatory effect was inhibited by Phlorizin (SGLTs inhibitor), H-89 (PKA inhibitor) and BAPTA (intracellular Ca2+ cheleator - Ca2+i). The chronic treatment induced internalization of SGLT1, increased the expression of SGLT2 and kept it in the cytosol. Conclusions: In chronic treatment, the internalization of SGLT1 involves a PKA-dependent and Ca2+i- independent mechanism. The maintenance of SGLT2 in the cytosol depends on PKA and Ca2+i. Thus, the cellular distribution of SGLT2 is associated with NHEs activity.

O objetivo do presente trabalho foi analisar o papel do ANP na ação não genômica da Aldosterona sobre o trocador Na+/H+ no segmento S3 do túbulo proximal de rato, isolado, in vitro. Os resultados indicam que o pHi basal do segmento S3 proximal de ratos é 7.20 + ou - 0.009 (n = 47/209). O valor médio da velocidade de extrusão celular de H+ na condição controle é de 0.195 + ou - 0.012 pHi/min (n = 16/96). Os dados confirmam que a aldosterona apresenta um efeito bifásico sobre o NHE1: em baixas doses (10-12 M) o estimula, enquanto que em altas doses (10-6M), o inibe. O ANP (10-6 M) não possui efeito sobre o NHE1; contudo, o ANP previne ambos os efeitos da aldosterona sobre esse trocador. O valor médio da concentração do cálcio no citosol ([Ca2+]i) na condição controle é 100 ± 1 (n = 5) hM Adicionalmente, nossos estudos mostram que o ANP diminui a [Ca2+]i e inibe o efeito estimulatório de ambas as doses de aldosterona sobre esse parâmetro. / The effects of aldosterone and ANP(2 min preincubation) on the intracellular pH recovery rate (pHirr) after the acid load induced by NH4Cl and on the [Ca2+]i were investigated in isolated rat S3 segment. The basal pHi was 7.20 + ou - 0.009(n=47/209) and the basal pHirr via the Na+/H+ exchanger was 0.195 + ou - 0.012 pHi/min(n=16/96). Aldosterone(10-12M) caused an increase in the pHirr, but aldosterone(10-6M) decreased it. ANP(10-6M) alone or plus aldosterone(10-12 or 10-6 M) had no effect on pHirr. The basal [Ca2+]i was 100 + ou - 1(n=5)hM. After 1 min of Aldosterone pi there was a transient and dose-dependent increase of the [Ca2+]i and after 6 min pi there was a new increase of [Ca2+]i. ANP alone decreased the [Ca2+]i and prevented the stimulatory effects of aldosterone(10-12 or 10-6M) on this parameter. The data indicate a nongenomic action of aldosterone and ANP on the Na+/H+ exchanger and on [Ca2+]i and are compatible with stimulation of the this exchanger by increases in [Ca2+]i in the lower range (at10-12M aldosterone) and inhibition by increases at high levels (at10-6M aldosterone).

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-10-11T16:43:10Z No. of bitstreams: 1 William Marques Martins_.pdf: 6862880 bytes, checksum: 7ab899b6cdbfc9789b0b9a42720e96f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-11T16:43:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 William Marques Martins_.pdf: 6862880 bytes, checksum: 7ab899b6cdbfc9789b0b9a42720e96f6 (MD5) Previous issue date: 2015-12-23 / FAPERGS - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / Este trabalho apresenta um estudo teórico e experimental de um trocador de calor geotérmico, tipo helicoidal água-solo, para uso como condensador em um sistema de ar condicionado. Para o experimento foi construída uma bancada composta basicamente por um reservatório térmico, uma bomba d’água, medidor de vazão, um trocador de calor com serpentina tipo helicoidal com comprimento e diâmetro de 3 e 0,27 m, respectivamente e enterrado verticalmente no solo no sentido do comprimento. Foi utilizado um sistema de aquisição de dados conectado a um computador para monitorar sete sensores de temperatura: quatro para o trocador e três para a sonda térmica de medição das temperaturas do solo em três profundidades. Os resultados obtidos com o experimento foram utilizados para obtenção da condutividade térmica do solo e, posteriormente, utilizados na comparação com o modelo teórico, elaborado no software EES. A diferença entre os resultados medidos da taxa de transferência de calor e o resultado calculado ficou em torno de 1%. O modelo também foi utilizado para analisar alguns exemplos como calcular a altura necessária do trocador de calor para atender uma determinada demanda de potência térmica para o caso de substituição do condensador de um sistema de ar condicionado. Para isso foram utilizados os dados de um aparelho de ar condicionado tipo Split, com capacidade de refrigeração de 3,52 kW (12.000 Btu/h) para analisar o comportamento do trocador com diferentes condições de projeto, chegando-se a uma profundidade calculada de 37,11 metros para atender a esta demanda. / This work presents a theoretical and experimental study of a coil-type geothermal heat exchanger, water-soil, for use as condenser in an air conditioning system. An experimental bench was constructed to analyses the heat exchanger performance. This experimental facility consists of a thermal reservoir, a water pump and flow meter, a helical heat exchanger with length and diameter of 3 m and 0.27, respectively and buried vertically at this depth. During the experiments were monitored the temperatures in seven points: four in the heat exchanger and three for measuring the soil temperatures at three different depths. The results obtained with the experiments were used to obtain the thermal conductivity of the soil. The same data were used to validated the theoretical model that was implemented in the EES platform. The difference between the measured heat transfer rate and the theoretical results was about 1%. The model was also used to determine the required length of the heat exchanger to suit a particular thermal power demand for the replacement of a condenser of an air conditioning system. For this, we used the data from a split type air conditioning unit, with a condenser thermal capacity of 3,52 kW, and to analyze the behavior of the heat exchanger with various design conditions, coming to a calculated depth 37.11 meters to meet this demand.

In the last few decades, augmentation of heat transfer has emerged as an important research topic. Although many promising heat transfer enhancement techniques have been proposed, such as the use of longitudinal vortex generators, few researches deal with thermal optimization. In the present work, it was conducted an optimization of delta winglet vortex generators position and angles in a fin-tube compact heat exchanger with two rows of tubes in staggered tube arrangement. Two approaches were evaluated: Response Surface Methodology (Neural Networking) and Direct Optimization. Finite-Volume based commercial software (Fluent) was used to analyze heat transfer, flow structure and pressure loss in the presence of longitudinal vortex generators (LVG). The delta winglet aspect ratio was 2 and the Reynolds numbers, based on fin pitch, were 250 and 1400. Four vortex generator parameters which impact heat exchanger performance were analyzed: LVG position in direction x-y, attack angle (θ) and roll angle (ᵩ). The present work is the first to study the influence of LVG roll angle on heat transfer enhancement. In total, eight independent LVG parameters were considered: (x₁y₁θ₁ᵩ₁) for the first tube and (x₂y₂θ₂ᵩ₂) for the second tube. Factor Analysis method (software ModeFrontier) was used to study of the influence of these LVG parameters in heat exchanger performance. The effect of each LVG parameter on heat transfer and pressure loss, expressed in terms of Colburn factor (j) and Friction factor (f), respectively, were evaluated. The optimized LVG configurations led to heat transfer enhancement rates that are much higher than reported in the literature. Direct Optimization reported better results than Response Surface Methodology for all objective functions. Important interactions were found between VG1 and VG2, which influenced the results of Colburn (j) and Friction (f) factors for each Reynolds number. Particularly, it was found that the asymmetry of the LVG, in which the VG2 parameters strongly depend on the VG1 parameters, plays a key role to enhance heat transfer. Moreover, for each Reynolds number and each objective function, there is an optimal LVG arrangement. If the objective is to mitigate pressure drop, VG1 may be suppressed because its main goal is increasing the heat transfer downstream. On the other hand, VG2 was relevant for both increase the heat transfer and decrease the pressure drop. Roll angle had a strong influence on Friction factor (f), especially for VG1 and low Reynolds number. / Por muitos anos, a intensificação da transferência de calor tem despontado como um importante tópico de pesquisa. Embora existam muitas técnicas eficazes de intensificação da transferência de calor, como o uso de geradores de vórtices, poucos trabalhos de pesquisa lidam com a otimização. Neste trabalho, foi realizada a otimização das posições e ângulos dos geradores de vórtice longitudinal (LVG) tipo meia asa delta, considerando um trocador de calor tubo-aleta compacto com duas linhas de tubos desalinhados. Duas abordagens foram empregadas: Método da Superfície de Resposta (Neural Networking) e Otimização Direta. Um software comercial (Fluent), baseado na metodologia de volumes finitos, foi empregado na análise numérica da transferência de calor, estruturas vorticais e perda de pressão no escoamento, na presença de LVG. A razão de aspecto dos geradores de vórtice foi 2 e o número de Reynolds, baseado na distância entre as aletas, foram de 250 e 1400. Foram analisados quatro parâmetros dos LVG, os quais impactam na performance do trocador de calor: a posição do LVG na direção x-y, o ângulo de ataque (θ) e o ângulo de rolamento (ᵩ). O ângulo de rolamento foi primeiramente estudado neste trabalho. No total, oito parâmetros independentes do LVG foram considerados: (x₁y₁θ₁ᵩ₁) para o primeiro tubo e (x₂y₂θ₂ᵩ₂) para o segundo tubo. O método da Análise Fatorial (software ModeFrontier) foi aplicado no estudo da influência destes parâmetros dos LVG na performance do trocador de calor. Também foi avaliado o efeito de cada um destes parâmetros na transferência de calor e perda de pressão do escoamento, expressos em termos do fator de Colburn (j) e do fator de Atrito (f), respectivamente. As configurações otimizadas dos LVG, conduziram à taxas de transferência de calor maiores do que aquelas reportadas pela literatura. A Otimização Direta mostrou resultados melhores do que através da metodologia de Superfície de Resposta para todas as funções objetivas avaliadas neste trabalho. Importantes interações foram identificadas entre VG1 e VG2, os quais influenciaram nos resultados dos fatores de Colburn (j) e Atrito (f) para cada número de Reynolds. Particularmente, foi identificado que a assimetria dos LVG desempenha um papel fundamental na intensificação da transferência de calor, onde os parâmetros de VG2 dependem fortemente dos parâmetros de VG1. Além disso, para cada número de Reynolds e para cada função objetivo, existe uma configuração ótima dos parâmetros do LVG. Se o objetivo é a redução da perda de pressão global, VG1 poderia ser suprimido da modelagem, pois a sua principal função é aumentar a transferência de calor ao longo da aleta. Por outro lado, VG2 foi relevante tanto para aumentar a transferência de calor quanto para diminuir a perda de pressão. O ângulo de rolamento teve grande influência sobre o resultado do fator de Atrito (f), especialmente para VG1 e para baixo número de Reynolds.

Objetivos: Este trabalho, abrangendo a área da transferência de calor e da mecânica dos fluidos, em seu desenvolvimento envolveu métodos analíticos, numéricos computacionais e experimentais (em ambiente de campo), com a finalidade de analisar o uso de trocadores de calor solo-ar, como estratégia para diminuir o consumo de energia convencional, no aquecimento ou resfriamento de ambientes construídos. Assim, um dos objetivos do estudo foi avaliar, com base em resultados experimentais, a performance do solo como um reservatório de energia, derivada da radiação solar. Buscou-se, pois, identificar parâmetros, procedimentos e condições favoráveis envolvendo esta estratégia. O outro objetivo do estudo foi, usando os softwares GAMBIT e FLUENT, modelar computacionalmente o escoamento do ar no trocador de calor solo-ar. Método: O estudo experimental e numérico foi precedido pela construção de uma edificação, especificamente concebida para a pesquisa, identificada como Casa Ventura. Em continuidade, foram enterrados dutos no solo, que conduziriam ar exterior e água (esta última por um período limitado) ao ambiente interno. No caso da condução de ar, o solo funcionaria como um reservatório de energia, aquecendo ou resfriando a ar. Já, no caso da condução de água, prevista com duto de baixa condutividade térmica, o solo funcionaria apenas como um protetor à radiação solar, para preservar as características térmicas da água, desde um reservatório, de onde a mesma era bombeada, até o interior da casa. Na Casa Ventura foram construídos dois ambientes centrais com características dimensionais e de envolvente equivalentes, constituindo os ambientes monitorados no processo, sendo um, na condição natural, referencial, sem renovação de ar, e o outro, com renovação de ar. Na parte experimental, o ar foi captado do ambiente externo e insuflado por um ventilador nos dutos enterrados, renovou o ar no interior deste último ambiente. Com ajuda de um fan-coil, colocado neste ambiente, o ar renovado trocou calor com a água. Por questões de dificuldades operacionais, o bombeamento de água funcionou por um período muito curto. Durante o experimento, que se desenvolveu por todo o ano de 2007, foram monitoradas e registradas, além da temperatura do solo e da água, a temperatura e a umidade: do ar externo, do ar nos ambientes internos e do ar em escoamento nos dutos enterrados, bem como a velocidade de escoamento nos mesmos. Resultados: De forma geral, o potencial do solo para aquecer foi maior do que o de resfriamento do ar injetado nos dutos enterrados. O potencial de aquecimento foi mais destacado nos meses de maio, junho, julho e agosto, e se mostrou maior que 3K. Para profundidades entre 2 e 3m, estima-se que o potencial possa ser superior a 8K. Por outro lado, o potencial de resfriamento foi maior nos meses de janeiro, fevereiro e dezembro, mas foi baixo para pequenas profundidades (menos de um metro). Para resfriamento, este potencial pode chegar a 4K. Contribuições da pesquisa: Face aos resultados da pesquisa, diversas foram as suas contribuições, dentre as quais se destacam: a construção de um banco de dados experimentais sobre as propriedades e características do solo (índices físicos, difusividade térmica, capacidade térmica volumétrica, condutividade térmica, temperatura e umidade) e do ar ambiente (temperatura e umidade) para o município de Viamão, localizado na região sul do Brasil, e que pode ser usado para a continuidade desta pesquisa ou para a elaboração de novas pesquisas e projetos; e o desenvolvimento de uma metodologia para a modelagem computacional de trocadores de calor solo-ar, validada através dos dados experimentais citados acima, possibilitando, assim, o emprego deste procedimento numérico, para a elaboração de projetos ou novas pesquisas nesta área. / Purpose: The development of the present work, comprising the area of heat transfer and fluids mechanics involved analytical, numerical computational and experimental (in field environment) methods, with the purpose of analyzing the use of earth-to-air heat exchanger, as a strategy to reduce conventional energy consumption, for the heating or cooling of built environments. Thus, one of the study purposes was to evaluate, based on experimental results, the earth performance as an energy reservoir, derived from solar radiation incidence on the surface of the ground. We aimed, then, at identifying favorable parameters, procedures and conditions involving this strategy. The other study purpose was, using the GAMBIT and FLUENT softwares, computationally modeling the air flow in the earth-to-air heat exchanger. Method: The experimental and numerical study was preceded by the construction of a building, specially planned for the research, called Casa Ventura. As a follow-up, ducts were buried on the ground, to conduct external air and water (the latter one for a limited period) to the internal environment of the house. In terms of air conduction, the earth would work as an energy reservoir, heating or cooling the air. Concerning the water conduction, planned to use a duct of low thermal conductivity, the earth would only work as a protector from solar radiation, to preserve the water thermal characteristics, when flowing from the water reservoir, where it would be taken from, to the inside of the house. At Casa Ventura two central environments were built with similar dimensional and envelope characteristics, constituting the environments monitored in the process, in which, one in the natural and referential condition, without air renovation, and the other, with air renovation. In the experimental part, the air was captured from the external environment and inflated by a fan in the buried ducts, and it renovated the air inside this latter environment. With the help of a fan-coil, placed in this environment, the renovated air exchanged heat with the water flowing through the ducts. Due to some operational difficulties, the pumping of water lasted for a very short period. During the experiment, which lasted through the whole year of 2007, besides the water and earth temperature, the temperature and humidity of the following were also monitored and registered: the external air, the air in the internal environments and the air flowing in the buried ducts, as well as the flowing speed of the different fluids. Results: In a general way, the earth potential to heat was higher than the cooling of air injected in the buried ducts. The heating potential was higher in the months of May, June, July and August, doing so by more 3K. For depths between 2 and 3m, it is estimated that the potential might be over 8K. On the other hand, the potential for cooling was higher in the months of January, February and December, but it was low for low depths (less than a meter). For cooling, this potential may reach 4K. Research contributions: Considering the research results, several were the contributions, among which we highlight: the construction of an experimental database on the earth properties and characteristics (physical indexes, thermal diffusivity, volumetric heat capacity, thermal conductivity, temperature and humidity) and the environmental characteristics of the air (temperature and humidity) for the city of Viamão, located in Southern Brazil, and that may be used for the continuation of this research or for the elaboration of new researches and projects; and the development of a methodology for computational modeling of earth-to-air heat exchangers, validated through the experimental data mentioned before, enabling, therefore, the use of this numerical procedure for the elaboration of projects or new researches in this area.

Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSA) são dispositivos usados para melhorar o condicionamento térmico de ambientes construídos. Eles funcionam através da ventilação do ar por um ou mais dutos enterrados, utilizando o solo como fonte ou sumidouro de calor. Em virtude da defasagem entre as temperaturas do ar e das camadas superficiais da Terra, é possível resfriar o ar no verão e aquecê-lo no inverno. Seus princípios de operação baseiam-se na mecânica dos fluidos e transferência de calor, áreas onde a teoria Construtal tem sido usada para melhorar o desempenho, ou reduzir imperfeições, de vários sistemas térmicos, após uma estratégica análise de suas geometrias (ou de seu design), também chamada de método Design Construtal que se fundamenta na lei construtal. Dessa lei, projetos em engenharia devem começar, por exemplo, descobrindo as arquiteturas que facilitam o escoamento entre uma fonte pontual e um volume, ou vice-versa. Explorando esses conceitos para TCSA, onde a corrente é o calor que flui entre os dutos e o solo, esta tese objetiva centralmente avaliar o desempenho térmico desses dispositivos em função de possíveis desenhos de suas estruturas. Particularmente, isso foi feito: (1) usando um duto e variando seu diâmetro e vazão de ar; (2) inserindo novos dutos, até um total de cinco, mantendo a vazão de ar constante, e estudando diversas disposições geométricas. Numericamente, foram empregados dois modelos testados e validados a partir de dados experimentais, que foram simulados no código comercial de dinâmica dos fluidos computacional, FLUENT, o qual baseia-se em métodos de volumes finitos. As geometrias e malhas foram geradas no software GAMBIT. Dos resultados numéricos, esta tese também avançou desenvolvendo novos modelos para o conceito de potencial térmico instantâneo, que é uma medida das diferenças de temperatura entre a saída e a entrada dos dutos de TCSA. Descobriu-se que estes modelos podiam ser simplificados em termos de funções senoidais, facilitando análises e definições analíticas subsequentes, criando um quadro resumo para grandes volumes de dados simulados. Das avaliações dos resultados nos estudos com um duto, foram encontradas faixas para a obtenção de rendimentos térmicos anuais estimados em pelo menos 80%, com mudanças no diâmetro e/ou vazão do ar. Analisando múltiplos dutos, foram reveladas melhorias significativas de rendimento com: (1) o aumento no número de dutos; (2) a redução, até certos limites, da razão entre os espaçamentos verticais e horizontais entre eles; (3) a ampliação da razão entre o volume da instalação e o volume do domínio computacional. Destaca-se, ainda, que em todos os casos foram calculados balanços energéticos, com a estimativa das taxas (e quantidade) de calor trocado, bem como da energia elétrica consumida pelos ventiladores, mostrando sua viabilidade no condicionamento de ar com redução do consumo de energia elétrica. / The Earth-Air Heat Exchangers (EAHE) are devices used to improve the thermal conditions of built environments. They work by blowing the air inside buried ducts to use the soil as heat source or sink. Due to a phase difference between the air and ground temperatures, it is possible to cool the air in the summer and heat it in the winter. These operating principles are based on the areas of fluid mechanics and heat transfer, where the Constructal theory has been used to improve the performance, or reduce imperfections, of several thermal systems, after a strategic evaluation of their geometries (or their design), also called Constructal Design method, which is anchored by the constructal law. From this law, engineering projects should begin, for example, finding the architectures which ease the flow between a source point and a volume, or vice versa. Bringing these concepts to EAHE, where the current is the heat which flows between the ducts and the soil, this thesis mainly aims to assess the thermal performance of EAHE due to possible designs of their layouts. Particularly, this was done by: (1) adopting one duct and varying its diameter and/or the air flow; (2) using up to five ducts, keeping the air flow constant, and studying various geometric shapes. Numerically, two models were used, which have been tested and validated from experimental data, and the simulations were done in the CFD software FLUENT, which is based in the finite volume methods. The geometries and meshes were generated by the software GAMBIT. From the numerical results, this thesis also pursued developing new models for the concept of the instantaneous thermal potential, which is a measure of the temperatures differences between the ducts outlet and inlet. It was found that these models can be simplified in terms of sinusoidal functions, helping analysis, definitions, and creating a framework to summarize large volumes of simulated data. From the evaluation of the data in the studies with one duct, ranges for changes in their diameter and/or air flow were found to obtain at least 80% of estimated annual efficiency. Analyzing multiple ducts, significant improvements in efficiency were also obtained by: (1) increasing the number of ducts; (2) reducing, to some extent, the ratio between their vertical and horizontal spacings; (3) increasing the ratio between the installation volume and the computational domain. It should also be highlighted that in all cases the energy balances were computed, to find the rates (and amounts) of exchanged heat, as well as the electric energy consumed by the fans, showing the economic viability of using EAHE as devices for air conditioning.

Objetivos: Este trabalho, abrangendo a área da transferência de calor e da mecânica dos fluidos, em seu desenvolvimento envolveu métodos analíticos, numéricos computacionais e experimentais (em ambiente de campo), com a finalidade de analisar o uso de trocadores de calor solo-ar, como estratégia para diminuir o consumo de energia convencional, no aquecimento ou resfriamento de ambientes construídos. Assim, um dos objetivos do estudo foi avaliar, com base em resultados experimentais, a performance do solo como um reservatório de energia, derivada da radiação solar. Buscou-se, pois, identificar parâmetros, procedimentos e condições favoráveis envolvendo esta estratégia. O outro objetivo do estudo foi, usando os softwares GAMBIT e FLUENT, modelar computacionalmente o escoamento do ar no trocador de calor solo-ar. Método: O estudo experimental e numérico foi precedido pela construção de uma edificação, especificamente concebida para a pesquisa, identificada como Casa Ventura. Em continuidade, foram enterrados dutos no solo, que conduziriam ar exterior e água (esta última por um período limitado) ao ambiente interno. No caso da condução de ar, o solo funcionaria como um reservatório de energia, aquecendo ou resfriando a ar. Já, no caso da condução de água, prevista com duto de baixa condutividade térmica, o solo funcionaria apenas como um protetor à radiação solar, para preservar as características térmicas da água, desde um reservatório, de onde a mesma era bombeada, até o interior da casa. Na Casa Ventura foram construídos dois ambientes centrais com características dimensionais e de envolvente equivalentes, constituindo os ambientes monitorados no processo, sendo um, na condição natural, referencial, sem renovação de ar, e o outro, com renovação de ar. Na parte experimental, o ar foi captado do ambiente externo e insuflado por um ventilador nos dutos enterrados, renovou o ar no interior deste último ambiente. Com ajuda de um fan-coil, colocado neste ambiente, o ar renovado trocou calor com a água. Por questões de dificuldades operacionais, o bombeamento de água funcionou por um período muito curto. Durante o experimento, que se desenvolveu por todo o ano de 2007, foram monitoradas e registradas, além da temperatura do solo e da água, a temperatura e a umidade: do ar externo, do ar nos ambientes internos e do ar em escoamento nos dutos enterrados, bem como a velocidade de escoamento nos mesmos. Resultados: De forma geral, o potencial do solo para aquecer foi maior do que o de resfriamento do ar injetado nos dutos enterrados. O potencial de aquecimento foi mais destacado nos meses de maio, junho, julho e agosto, e se mostrou maior que 3K. Para profundidades entre 2 e 3m, estima-se que o potencial possa ser superior a 8K. Por outro lado, o potencial de resfriamento foi maior nos meses de janeiro, fevereiro e dezembro, mas foi baixo para pequenas profundidades (menos de um metro). Para resfriamento, este potencial pode chegar a 4K. Contribuições da pesquisa: Face aos resultados da pesquisa, diversas foram as suas contribuições, dentre as quais se destacam: a construção de um banco de dados experimentais sobre as propriedades e características do solo (índices físicos, difusividade térmica, capacidade térmica volumétrica, condutividade térmica, temperatura e umidade) e do ar ambiente (temperatura e umidade) para o município de Viamão, localizado na região sul do Brasil, e que pode ser usado para a continuidade desta pesquisa ou para a elaboração de novas pesquisas e projetos; e o desenvolvimento de uma metodologia para a modelagem computacional de trocadores de calor solo-ar, validada através dos dados experimentais citados acima, possibilitando, assim, o emprego deste procedimento numérico, para a elaboração de projetos ou novas pesquisas nesta área. / Purpose: The development of the present work, comprising the area of heat transfer and fluids mechanics involved analytical, numerical computational and experimental (in field environment) methods, with the purpose of analyzing the use of earth-to-air heat exchanger, as a strategy to reduce conventional energy consumption, for the heating or cooling of built environments. Thus, one of the study purposes was to evaluate, based on experimental results, the earth performance as an energy reservoir, derived from solar radiation incidence on the surface of the ground. We aimed, then, at identifying favorable parameters, procedures and conditions involving this strategy. The other study purpose was, using the GAMBIT and FLUENT softwares, computationally modeling the air flow in the earth-to-air heat exchanger. Method: The experimental and numerical study was preceded by the construction of a building, specially planned for the research, called Casa Ventura. As a follow-up, ducts were buried on the ground, to conduct external air and water (the latter one for a limited period) to the internal environment of the house. In terms of air conduction, the earth would work as an energy reservoir, heating or cooling the air. Concerning the water conduction, planned to use a duct of low thermal conductivity, the earth would only work as a protector from solar radiation, to preserve the water thermal characteristics, when flowing from the water reservoir, where it would be taken from, to the inside of the house. At Casa Ventura two central environments were built with similar dimensional and envelope characteristics, constituting the environments monitored in the process, in which, one in the natural and referential condition, without air renovation, and the other, with air renovation. In the experimental part, the air was captured from the external environment and inflated by a fan in the buried ducts, and it renovated the air inside this latter environment. With the help of a fan-coil, placed in this environment, the renovated air exchanged heat with the water flowing through the ducts. Due to some operational difficulties, the pumping of water lasted for a very short period. During the experiment, which lasted through the whole year of 2007, besides the water and earth temperature, the temperature and humidity of the following were also monitored and registered: the external air, the air in the internal environments and the air flowing in the buried ducts, as well as the flowing speed of the different fluids. Results: In a general way, the earth potential to heat was higher than the cooling of air injected in the buried ducts. The heating potential was higher in the months of May, June, July and August, doing so by more 3K. For depths between 2 and 3m, it is estimated that the potential might be over 8K. On the other hand, the potential for cooling was higher in the months of January, February and December, but it was low for low depths (less than a meter). For cooling, this potential may reach 4K. Research contributions: Considering the research results, several were the contributions, among which we highlight: the construction of an experimental database on the earth properties and characteristics (physical indexes, thermal diffusivity, volumetric heat capacity, thermal conductivity, temperature and humidity) and the environmental characteristics of the air (temperature and humidity) for the city of Viamão, located in Southern Brazil, and that may be used for the continuation of this research or for the elaboration of new researches and projects; and the development of a methodology for computational modeling of earth-to-air heat exchangers, validated through the experimental data mentioned before, enabling, therefore, the use of this numerical procedure for the elaboration of projects or new researches in this area.

O peptídeo-1 semelhante ao glucagon (GLP-1) é um hormônio incretina intestinal que exerce primariamente ações anti-hiperglicemiantes. Afim de viabilizar o emprego clínico deste peptídeo para o tratamento do diabetes mellitus tipo 2, foram criadas as terapias baseadas em incretinas que incluem as gliptinas, drogas que aumentam a meia-vida circulante do GLP-1 endógeno por meio da inibição da enzima dipeptidil peptidase-4 e agonistas exógenos do receptor de GLP-1 (GLP-1R). Demonstrou-se clínica e experimentalmente que estas classes de fármacos apresentam efeitos cardiorrenais benéficos que vão além do controle glicêmico. Dentre estes efeitos cardiorrenais incluem-se: diurese, natriurese e redução da pressão arterial. Recentemente, demonstramos que o bloqueio agudo da sinalização endógena do GLP-1R, por meio da administração sistêmica do antagonista do GLP-1R, exendin-9, em ratos normotensos causou efeitos antidiuréticos e anti-natriuréticos. Estes efeitos renais encontram-se associados à redução do ritmo de filtração glomerular (RFG) e ao aumento da atividade da isoforma 3 do trocador Na+/H+ (NHE3) em túbulo proximal renal. Entretanto, os efeitos da administração crônica do bloqueador de GLP-1R sobre a função renal e níveis pressóricos ainda permanece obscuro. Assim, o presente estudo teve como objetivo testar a hipótese de que o bloqueio do GLP-1 endógeno é capaz de aumentar a pressão arterial de ratos espontaneamente hipertensos (SHR) e que este efeito está associado ao aumento da atividade do NHE3 em túbulo proximal renal. Além disso, testamos a hipótese que o bloqueio do GLP-1R piora o dano renal de ratos hipertensos ao passo que o agonismo farmacológico este receptor exerce renoproteção. Para tal, ratos espontaneamente hipertensos (SHRs) com 5 semanas de idade foram tratados com exendin-9 (EX-9; 25 ug/rato/dia), com agonista de GLP-1R, o exendin-4 (EX-4, 2,5?g/rato/dia) ou solução salina (controle), através de minibombas osmóticas, por um período de 4 semanas. A pressão arterial foi aferida semanalmente através de pletismografia caudal, a urina e sangue dos ratos foram coletados para avaliação da função renal e, ao término do tratamento, houve a mensuração invasiva da pressão arterial, bem como, morte dos ratos e coleta de amostras biológicas para a realização de análises histológicas, bioquímicas e moleculares. A atividade do NHE3 em túbulo proximal renal foi determinada ao final do tratamento, em 4-5 ratos/grupo, por meio de microperfusão estacionária in vivo. Os valores da pressão arterial caudal ao final do tratamento demonstraram que os ratos tratados com exendin-9 apresentavam valores de pressão arterial maiores do que os controles (182 ± 4 vs. 172 ± 1 mmHg, p < 0,05), enquanto que o tratamento com exendin-4 atenuou a elevação da pressão arterial em relação aos controles (161 ± 4 vs. 172 ± 1 mmHg, p < 0,01). O aumento da pressão arterial em SHR tratados com EX-9 foi associado com maior atividade do NHE3 (1,78 ± 0,08 nmol/cm2/s) no túbulo proximal renal comparados aos controles (1,48 ± 0,10 nmol/cm2/s; p < 0,05) bem como aos SHR tratados com EX-4 (1,19 ± 0,07 nmol/cm2/s, p < 0,01). Além disso, os SHRs tratados com o antagonista de GLP-1R apresentaram níveis de excreção de proteínas urinárias, marcadores de fibrose, inflamação, estresse oxidativo e atividade do sistema renina angiotensina (SRA) intra-renal superiores aos do controle. Por outro lado, a administração sistêmica de EX-4 exerceu efeitos anti-proteinurico, anti-inflamatório e antioxidante. A renoproteção mediada pelo tratamento com EX-4 em SHRs foi acompanhada por redução dos níveis de angiotensina II em córtex renal, sugerindo redução da atividade do SRA intra-renal. Em conjunto, estes resultados demonstram que o bloqueio do GLP-1R intensifica o aumento da pressão arterial e exacerba o dano renal em ratos espontaneamente hipertensos. Por sua vez, o agonismo do GLP-1R exerce efeitos anti-hipertensivo e renoprotetor / Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) is an incretin intestinal hormone that primarily exerts anti-hyperglycemic actions. In order to possibilitate the clinical use of this peptide for the treatment of type 2 diabetes mellitus, the incretin based therapies were created, which include the gliptins, drugs that increase the half-life of endogenous GLP-1 through the inhibition of the enzyme dipeptidil peptidase-4, and exogenous agonists of the receptor of GLP-1 (GLP-1R). It is well established that these classes of drugs exert cardiorenal beneficial effects that go beyond glycemic control. Among these cardiorenal effects are diuresis, natriuresis and reduction of blood pressure. We have recently demonstrated that acute blocking of thebaselineGLP-1Rsignaling, via systemic administration of theGLP-1Rantagonist, Exendin-9, causes anti-diuretic and anti-natriuretic effects in normotensive rats. These renal effects are associated with reduction of the glomerular filtration rate (GFR) and stimulation of proximal tubule Na+/H+ exchanger activity isoform 3 (NHE3). However, the effects of the chronic administration of the GLP-1R blocker on renal function and blood pressure levels remain obscure. Thus, this study aimed to test the hypothesis that GLP-1Rblockade elevates blood pressure in spontaneously hypertensive rats (SHR) and that these effects are associated with upregulation of NHE3 activity. Additionally, we tested the hypothesis that GLP-1R blockade worsens kidney damage in hypertensive rats while pharmacological agonism of GLP-1R exerts renoprotection. To this end, 5-week-oldSHR were treated during 4 weeks with Exendin-9 (EX-9; 25 ug/mouse/day), the agonist of GLP-1R receptor, Exendin-4 (EX-4, 2.5 ?g/rat/day) or saline (control), via osmotic minipumps. Blood pressure was weekly measured by plethysmography and urine and blood samples were collected for renal function evaluation. Direct measurement of blood pressure, collection of biological samples for histological, biochemical and molecular analysis were performed at the end of the treatment. At the end of the treatment, 4-5 rats/group were used for determination of NHE3 proximal tubule activity by in vivo determined by stationary microperfusion. SHRs treated with EX-9 displayed higher blood pressure values than SHRs treated with vehicle (182 ± 4 vs. 172 ± 1 mmHg, p < 0.05), while Exendin-4 treatment attenuated blood pressure compared to controls (161 ± 4 vs. 172 ± 1 mmHg, p < 0.01). Blood pressure increase in SHRs treated with EX-9 was associated with higher NHE3 activity (1.78 ± 0.08 nmol/cm2/s) in proximal renal tubule compared to controls (1.48 ± 0.10 nmol/cm2/s; p < 0.05), whileEX-4-treatedSHR treated displayed lower NHE3 activity (1.19 ± 0.07 nmol/cm2/s, p < 0.01). Additionally, SHRs treated with the GLP-1R antagonist show higher levels of urinary protein excretion, fibrosis, inflammation, oxidative stress markers and intrarenal renin angiotensin system (RAS) activity compared to control. On the other hand, systemic administration of EX-4 exertedanti-proteinuric, anti-inflammatory and antioxidant effects. The renoprotection conferred by EX-4 treatment was accompanied by lower renal cortex angiotensin II levels suggesting that GLP-1R activation reduces intra renal RAS activity. Collectively, these results demonstrate that chronic GLP-1R blockade in hypertensive rats intensifies blood pressure increase and exacerbates renal damage. On the other hand, the GLP-1R agonism exerts anti-hypertensive and renoprotetor effects