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.

Two new species of Jupiaba (Characiformes: Characidae) from the rio Tapajos and rio Madeira drainages, Brazil, with an identification key to species of the genus

Two new species of Jupiaba Zanata are described from Brazil. Jupiaba iasy, new species, is described from rio Teles Pires and rio Jamanxim, tributaries of rio Tapajos, and from rio Aripuana, in the rio Madeira drainage. It is distinguished from its congeners by its color pattern consisting of a single posteriorly displaced dark crescent-shaped humeral blotch, situated over the first 5 to 7 lateral line scales, and an inconspicuous dark spot at the end of caudal peduncle. It also differs from all remaining Jupiaba for the following combination of characters: 34-36 lateral line scales, 19-21 branched anal-fin rays, 8-10 predorsal scales arranged in a regular row, 6 horizontal series of scales above and 4 series below lateral line, body depth 32.3-36.1% of SL, and absence of filamentous rays in the first dorsal and anal-fin rays. Jupiaba paranatinga, new species, is described from rio Teles Pires, tributary of rio Tapajos. It is distinguished by having 34-35 lateral line scales, two vertically elongated humeral blotches, a conspicuous caudal spot at the end of the caudal peduncle, extending over 8-10 median caudal-fin rays, eye diameter 43.7-46.9% of HL, and relatively low body depth (31.3-35.5% of SL). Additionally, comments on the putative relationships of the new species with their congeners and an updated key to the species of the genus are provided.

EFEITO DA IDADE E POSIÇÃO DE AMOSTRAGEM NA DENSIDADE E CARACTERÍSTICAS ANATÔMICAS DA MADEIRA DE Eucalyptus grandis

The knowledge of the variations in the wood characteristics produced by eucalyptus trees according to age and sampling positions is essential for its proper use. This study had as objective to evaluate the influence of the age, longitudinal and radial positions on basic density and anatomical characteristics in Eucalyptus grandis wood. The trees were planted in 3x2 m spacing and fertilized with commercial fertilizers in planting, 6th and 12th months. According to basal area distribution, fifteen trees were selected (24, 36 and 72 months of age) - five trees per age. Disks at DBH position (1.3 m) were taken for fiber determination (length, wall thickness, lumen diameter and width) and vessels (tangential diameter, frequency and area occupied) and in other different sampling positions for basic density determination. Wood basic density increased from 0.43 to 0.46 g.cm(-3) as well as the trees age increases with a longitudinal variation model, characterized through a decrease in base-3m (0.42-0.49 -> 0.40-0.46 g.cm(-3)) and an increase to the top of the trunk (0.46 -> 0.54 g.cm(-3)) Fibers and vessels dimensions showed variations related to age and to pit-bark direction. Wood properties behavior and variations indicate that, until this period, the juvenile wood is being formed.

Produção de painéis maciços de tábuas e cavilhas de madeira ("Stack-board"). Estudo de caso de uma fábrica austríaca

O trabalho tem como foco a análise do processo produtivo de painéis maciços feitos como tábuas e cavilhas de madeira ("stack-board") em uma fábrica austríaca, visando identificar seus pontos positivos e negativos e fornecer uma visão geral de algumas das principais variáveis envolvendo a manufatura desse produto.

Uso de aditivos na biodegradação de madeira pelo fungo Ceriporiopsis subvermispora: efeito na peroxidação de lipídios dependente de manganês-peroxidase

Ceriporiopsis subvermispora is a selective fungus in the wood delignification and the most promising in biopulping. Through the lipid peroxidation initiated by manganese peroxidase (MnP), free radicals can be generated, which can act in the degradation of lignin nonphenolic structures. This work evaluated the prooxidant activity (based in lipid peroxidation) of enzymatic extracts from wood biodegradation by this fungus in cultures containing exogenous calcium, oxalic acid or soybean oil. It was observed that MnP significant activity is required to promote lipid peroxidation and wood delignification. Positive correlation between prooxidant activity x MnP was observed up to 300 IU kg-1 of wood.

Aplicação do método de ensaio das frequências naturais de vibração para obtenção do módulo de elasticidade de peças estruturais de madeira

Existem diversas técnicas para caracterização do módulo de elasticidade de madeiras e, dentre as atualmente empregadas, destacam-se aquelas que utilizam as frequências naturais de vibração, por serem técnicas não destrutivas e, portanto, apresentarem resultados que podem ser repetidos e comparados ao longo do tempo. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficácia, dos métodos de ensaios baseados nas frequências naturais de vibração comparando-os aos resultados obtidos na flexão estática na obtenção das propriedades elásticas em peças estruturais de madeira de reflorestamento que são usualmente empregadas na construção civil. Foram avaliadas 24 vigas de Eucalyptus sp. com dimensões nominais (40 x 60 x 2.000 mm) e 14 vigas de Pinus oocarpa com dimensões nominais (45 x 90 x 2.300 mm), ambas sem tratamento; 30 pranchas com dimensões nominais (40 x 240 x 2.010 mm) e 30 pranchas com dimensões nominais (40 x 240 x 3.050 mm), ambas de Pinnus oocarpa e com tratamento preservativo à base de Arseniato de Cobre Cromatado - CCA. Os resultados obtidos apresentaram boa correlação quando comparados aos resultados obtidos pelo método mecânico de flexão estática, especialmente quando empregada a frequência natural de vibração longitudinal. O emprego da frequência longitudinal mostrou-se confiável e prático, portanto recomendada para a determinação do módulo de elasticidade de peças estruturais de madeira. Verificou-se ainda que, empregando a frequência longitudinal, não há necessidade de um suporte específico para os corpos de prova ou calibrações prévias, reduzindo assim o tempo de execução e favorecendo o ensaio de grande quantidade de amostras.

Efeito da idade e posição de amostragem na densidade e características anatômicas da madeira de Eucalyptus grandis

O conhecimento das variações das características da madeira produzida pelas árvores de eucalipto em função da idade e posição no tronco é fundamental para o seu uso adequado. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência da idade e das posições longitudinal na densidade básica e radial nas características anatômicas do lenho das árvores de Eucalyptus grandis plantadas no espaçamento 3x2 m e fertilizadas com adubação comercial no plantio, 6º, 12° mês. Foram selecionadas, de acordo com a distribuição de área basal, quinze árvores de eucalipto com 24, 36 e 72 meses de idade, sendo 5 árvores/idade, e cortados discos do lenho a 1,30 m da altura do solo (DAP) para as determinações das dimensões das fibras (comprimento, espessura da parede, diâmetro do lume e largura total) e vasos (diâmetro tangencial, frequência e área ocupada) e em diferentes alturas fixas do tronco para a determinação da densidade básica. A densidade básica do lenho aumentou de 0,43 g.cm-3 para 0,46 g.cm-3 com o avanço da idade das árvores, apresentando um modelo de variação longitudinal, comum as três idades, caracterizado pelo decréscimo da base-3m (0,42-0,49 g.cm-3 0,40-0,46 g.cm-3) e posterior aumento até a extremidade (0,46 g.cm-3 0,54 g.cm-3) do tronco. As dimensões das fibras e dos vasos apresentaram variações tanto em relação à idade quanto no sentido medula-casca. O comportamento e as variações das características do lenho das árvores de eucalipto indicam que o meristema cambial está formando, até este período, o lenho denominado de juvenil.