Development of heat sink device by using topology optimization

Small scale fluid flow systems have been studied for various applications, such as chemical reagent dosages and cooling devices of compact electronic components. This work proposes to present the complete cycle development of an optimized heat sink designed by using Topology Optimization Method (TOM) for best performance, including minimization of pressure drop in fluid flow and maximization of heat dissipation effects, aiming small scale applications. The TOM is applied to a domain, to obtain an optimized channel topology, according to a given multi-objective function that combines pressure drop minimization and heat transfer maximization. Stokes flow hypothesis is adopted. Moreover, both conduction and forced convection effects are included in the steady-state heat transfer model. The topology optimization procedure combines the Finite Element Method (to carry out the physical analysis) with Sequential Linear Programming (as the optimization algorithm). Two-dimensional topology optimization results of channel layouts obtained for a heat sink design are presented as example to illustrate the design methodology. 3D computational simulations and prototype manufacturing have been carried out to validate the proposed design methodology.

The β to α phase transition of tantalum coatings deposited by modulated pulsed power magnetron sputtering

Tantalum coatings are of particular interest today as promising candidates to replace potentially hazardous electrodeposited chromium coatings for tribological and corrosion resistant applications, such as the internal lining on large-caliber gun barrels. Tantalum coatings have two crystalline phases, α-Ta (body-centered-cubic) and β-Ta (metastable tetragonal) that exhibit relatively different properties. Alpha-Ta is typically preferred for wear and corrosion resistant applications and unfortunately, is very difficult to deposit without the assistance of substrate heating or post-annealing treatments. Furthermore, there is no general consensus on the mechanism which causes α or β to form or if there is a phase transition or transformation from β → α during coating deposition. In this study, modulated pulsed power (MPP) magnetron sputtering was used to deposit tantalum coatings with thicknesses between 2 and 20 μm without external substrate heating. The MPP Ta coatings showed good adhesion and low residual stress. This study shows there is an abrupt β → α phase transition when the coating is 5–7 μm thick and not a total phase transformation. Thermocouple measurements reveal substrate temperature increases as a function of deposition time until reaching a saturation temperature of ~ 388 °C. The importance of substrate temperature evolution on the β → α phase transition is also explained.

Desenvolvimento de modelo matemático de otimização logística para o transporte multimodal de safras agrícolas pelo corredor centro-oeste

Este artigo apresenta um modelo matemático de otimização logística para o transporte multimodal de safras agrícolas pelo corredor Centro-Oeste. Tal ferramenta foi desenvolvida no contexto de três amplos projetos de pesquisa financiados pela FINEP e executados por um grupo de universidades. O modelo, conhecido genericamente como Modelo de fluxo de Custo Mínimo Multiproduto, considera a otimização de fluxos em rede, para os produtos açúcar, álcool, milho, soja, óleo de soja, farelo de soja e trigo. O modelo proposto para estimativa dos fluxos inter-regionais mostrou-se uma ferramenta factível para fins de avaliação do potencial de utilização da multimodalidade. A análise destes resultados gera importantes subsídios para a seleção dos locais com potencial para instalação de mecanismos e equipamentos de transferência de cargas, além de auxiliar no dimensionamento dessas infraestruturas. Também é um resultado importante do ferramental desenvolvido a identificação das zonas de cargas que apresentam potencial captável pelas ferrovias, hidrovias e dutovias, ou seja, possibilita a identificação das regiões que revelam potencial para uso da multimodalidade.

Um modelo de projeto de layout para ambientes job shop com alta variedade de peças baseado nos conceitos da produção enxuta

Segundo Canem e Williamson (1998), o planejamento do layout é importante, pois normalmente representa os maiores e mais caros recursos da organização. Além disso, a localização e disposição física dos equipamentos no chão de fábrica têm impacto em diversos fatores como nível de estoque em processo, tamanho dos lotes de transferência, dificuldade no gerenciamento das atividades, movimentação de pessoas e produtos, entre outros. Portanto, o estudo de conceitos de arranjo físico e o desenvolvimento de modelos de projeto do layout, que visem a otimização dos recursos de produção, são de vital importância na busca pela melhoria dos sistemas produtivos. Neste contexto, este artigo apresenta um novo modelo de projeto de layout, para ambientes job shop com ampla variedade de peças. O modelo foi desenvolvido durante uma pesquisa de doutorado e foi aplicado em algumas empresas do setor metal mecânico. Os resultados obtidos comprovaram a eficiência do modelo projetado. O objetivo do modelo consiste em conduzir a equipe de projeto de layout a desenvolver alternativas de arranjo físico que estejam em consonância com conceitos e princípios da filosofia de produção enxuta. Vale ressaltar novamente que o modelo foi desenvolvido para ambientes com alta variedade de peças, ambientes esses em que, devido à dificuldade em se projetar o arranjo físico, as empresas terminam por adotar o layout funcional, conceito esse de arranjo físico que apresenta sérios problemas como excesso de transporte, altos níveis de estoques em processo, etc.

Considerações sobre concepções de calor e sistema termodinâmico para o ensino médio.

Este trabalho parte da ideia de que para ocorrer significativo avanço na compreensão das leis da termodinâmica pelos estudantes é necessário promover, inicialmente, discussões sobre diversas concepções de calor e de sistemas. É nessa direção que este trabalho aponta, ao procurar responder à questão: Como possibilitar, no ensino médio, a compreensão de diferentes concepções de calor antes da apresentação das leis da termodinâmica? Para isso apresenta subsídios que poderão ser utilizados na elaboração de estratégias, mostrando a atitude dos cientistas frente a situações nas quais concepções aceitas sobre calor revelaram-se inadequadas; destaca-se aqui a importância que teve a introdução do conceito de sistema na elaboração das teorias da termodinâmica. Para isso selecionou-se de uma pesquisa anterior, algumas ideias comuns e persistentes entre estudantes do ensino médio e do nível superior que já passaram pelo ensino formal da termodinâmica como as de Calor como “quente” e “frio”. Consideraram-se também fragmentos de trabalhos originais de Carnot e de Clausius que tocam nesses conteúdos. Com isso pretende-se despertar, nos estudantes, a percepção de que suas concepções baseadas em sensações bem como ideias “substancialistas” precisam ser redimensionadas, juntamente com adoção de elementos teóricos adotados pela termodinâmica. Espera-se dos professores o planejamento de atividades que propiciem o encontro dessas ideias.