Escoamento turbulento na saída de um duto curvo de seção retangular

Este trabalho teve como motivação buscar as causas e apresentar alternativas de soluções que busquem sanar ou reduzir o problema de desgaste localizado, produzido pela erosão das cinzas, nos tubos do economizador das caldeiras de uma usina termoelétrica a carvão. Para este fim foi construído um modelo em escala de parte da caldeira, reproduzindo o duto curvo de retorno dos gases e, na saída do mesmo, um banco de barras de seção circular, simulando o banco de tubos do economizador. Medições de velocidade, utilizando uma sonda tipo tubo de Pitot e anemômetro de fio quente, medições do campo de pressão nas paredes e visualização do escoamento utilizando fios de lã foram aplicados para a análise do escoamento nas condições existentes na usina e nas configurações modificadas, propostas segundo critérios de controle da camada limite. A análise dos dados, comparada com medições de desgaste localizado na caldeira, levaram à identificação do processo hidrodinâmico existente e os efeitos resultantes nas modificações propostas.

Efeito da anoxia sobre o metabolismo de carboidratos no sistema nervoso central do caracol Megalobulimus oblongos (Gastropoda: Pulmonata)

No seu hábitat, muitos organismos, entre eles os caracóis, estão expostos a um grande número de variáveis ambientais como temperatura, umidade, fotoperiodicidade e disponibilidade de alimento. O caracol Megalobulimus oblongus é um gastrópode terrestre que, durante épocas de estiagem, costuma permanecer enterrado no solo. Com esse comportamento o animal evita a perda de água durante o período de seca, embora nessa condição (enterrado no solo) o animal tenha que enfrentar uma situação de disponibilidade de oxigênio reduzida (hipóxia). O metabolismo dos gastrópodes terrestres está baseado na utilização de carboidratos e as reservas desse polissacarídeo são depletadas durante situações de hipóxia/anoxia. Estudos sobre o metabolismo de moluscos frente a essas condições ambientais adversas, como a própria anoxia, têm sido realizados apenas em tecidos de reserva. Trabalhos relacionando o metabolismo do sistema nervoso durante essa situação são escassos. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo estudar o metabolismo de carboidratos do sistema nervoso central do caracol Megalobulimus oblongus submetido a diferentes períodos de anoxia e recuperação aeróbia pós-anoxia. Para isso, após o período experimental foram dosadas a concentração de glicogênio e a concentração de glicose livre nos gânglios do sistema nervoso central do animal, além da concentração de glicose hemolinfática. Juntamente com essa abordagem bioquímica, foi realizado um estudo histoquímico semiquantitativo com o objetivo de verificar a atividade da forma ativa da enzima glicogênio fosforilase (GFa) nos gânglios cerebrais dos caracóis submetidos aos períodos de anoxia e recuperação. Foi verificado um aumento da concentração de glicose hemolinfática após o período inicial de 1,5h de anoxia, que se manteve elevado ao longo de todo o período anóxico. A concentração de glicogênio estava significativamente reduzida às 12h de anoxia e a concentração de glicose livre permaneceu constante ao longo de todo o período anóxico, enquanto foi observada uma redução progressiva da GFa. Não foram verificadas mudanças significativas nesses metabólitos nos animais do grupo simulação (“sham”) quando comparados ao grupo controle basal. Durante o período de recuperação aeróbia após 3h de anoxia, os valores de glicose hemolinfática foram reduzidos, retornando aos valores basais após 3h de recuperação aeróbia. A atividade GFa, reduzida durante a anoxia, também retornou aos valores do grupo controle durante a fase de recuperação. A concentração de glicose livre teve uma queda significativa no tempo de 1,5h de recuperação e existiu uma tendência à redução do glicogênio do tecido nervoso às 3h de recuperação aeróbia. A enzima GFa retornou a sua atividade basal durante o período de recuperação. Os resultados sugerem que, em função da elevada concentração de glicose hemolinfática, outros tecidos possam estar fornecendo a glicose necessária para a manutenção do tecido nervoso de Megalobulimus oblongus durante a anoxia, enquanto a redução do glicogênio do tecido nervoso verificada às 12h de anoxia deva estar relacionada ao aumento de atividade do animal durante a escotofase (o grupo 12h de anoxia foi dissecado à noite) somado ao próprio efeito da anoxia. A redução da GFa ao longo do período anóxico pode indicar uma depressão metabólica no tecido nervoso. Durante o início da fase de recuperação aeróbia pós-anoxia, a queda da concentração de glicose livre e a tendência à redução na concentração de glicogênio podem estar relacionadas ao fornecimento da energia necessária para o restabelecimento dos estoques energéticos utilizados durante às 3h iniciais de anoxia, já que a glicose hemolinfática retornou à concentração basal. Como não foi verificada qualquer redução significativa durante às 3h iniciais de anoxia nas concentrações de glicose livre e de x glicogênio nos gânglios nervosos centrais de Megalobulimus oblongus, discute-se a possibilidade de que o tecido nervoso do caracol tenha utilizado reservas de fosfogênios e ATP para satisfazer suas demandas energéticas durante as 3h iniciais de ausência de oxigênio.

Escolas : espaço de fabricação de imagens : pátho(s)logias do olhar na relação professor-aluno

O processo de ensino e de aprendizagem funda-se numa relação escópica e especular estabelecida entre professor-aluno, da qual resultam a construção/consti-tuição de imagens. Estas, por sua vez, entendidas como processo e não como pro-duto, necessitam de três tempos para sua constituição, os quais são analisados a partir dos paradigmas da psicanálise freudo-lacaniana, da epistemologia genética e da filosofia benjaminiana. As imagens, na condição de suportes imaginários, representam, para o pro-fessor e para o aluno, um entre-lugar interdisciplinar enlaçando e fabricando se-melhanças e diferenças entre a Clínica e a Educação; entre o espaço privado da família e o espaço público da escola/social; entre o olhar e o ver; entre a imagem e sua representação. Trata-se, portanto, da construção de uma experiência e do exer-cício do ensinar e do aprender. Experiências essas, compartilhadas entre professor e aluno no espaço escolar Das análises e reflexões desenvolvidas nesta pesquisa, que tiveram por base tanto fragmentos de casos clínicos com crianças em atendimento psicomotor quanto entrevistas com professores, foi construído um instrumento denominado caso peda-gógico, cujo objetivo é auxiliar o professor a refletir sobre os efeitos imaginários pro-duzidos nas referidas relações escópicas e especulares, as quais interferem, susten-tam e, muitas vezes, obstaculizam o processo de ensino-aprendizagem, produzindo fracassos tanto no processo do ensinar, quanto no do aprender. Nesse sentido, é preciso compreender que o processo ensino-aprendizagem não implica apenas uma relação prazerosa, mas também e, especialmente, sofri-mentos: tanto do professor quanto do aluno, aos quais é preciso olhar e não apenas ver.

Simulação numérica da combustão turbulenta de gás natural em câmara cilíndrica

O presente trabalho apresenta uma modelagem detalhada de processos de combustao turbulentos para um jato concentrico de combustıvel e ar. A modelagem é fundamentada nas equacões de conservacão de massa, de quantidade de movimento, de energia e de espécies quımicas. A turbulencia é resolvida pela utilizacão do modelo k- padrão. Dois modelos de reacões quımicas são apresentados. O modelo SCRS – Simple Chemically-Reacting Systems, que assume taxas instantâneas de reacões quımicas. Também é abordado o modelo E-A – Eddy Breakup - Arrhenius, que assume taxas finitas de reacões quımicas. A radiacão térmica, fenômeno de grande importância devido as altas temperaturas alcancadas em processos de combustão,é modelada através do Método das Zonas. O modelo da soma ponderada de gases cinzas – WSGGM,é usado para determinar o espectro de emissão e absorcão dos gases no processo. Para a solucão destas equacões diferenciais, juntamente com os modelos de turbulência, de reaçõoes químicas e radiação térmica, faz-se o uso do Método dos Volumes Finitos. Para validar a modelagem apresentada resolve-se o processo de combustão em uma câmara cilíndrica. A câmara de combustão usada áa mesma abordada no First Workshop on Aerodynamics of Steady State Combustion Chambers and Furnaces, organizado pela ERCORTAC - European Research Community On Flow Turbulence And Combustion, em outubro de 1994, que apresenta dados experimentais de temperatura e concentração das espécies químicas para várias posições de interesse no interior da câmara. Utiliza-se o gás natural como combustível e o ar atmosférico como oxidante. O processo de combustão sem pré-mistura é resolvido para a condição de excesso de combustível de 5 % para ambos os modelos, onde o gás natural é injetado por um duto circular central, e o ar atmosférico por um orifício anular externo a esse duto, no mesmo plano Uma reação química não estagiada é assumida para o modelo SCRS. Para o modelo E-A duas situações são resolvidas: combustão não estagiada, com uma etapa global de reação química; e reação quımica estagiada, com duas etapas globais. Os resultados obtidos com o modelo SCRS para a distribuição de temperaturas, em termos de tendências gerais, são razoáveis. Já as concentrações de espécies químicas não apresentam dados satisfatórios para este modelo. Para o modelo E-A os resultados apresentam boa concordância com os dados experimentais, principalmente para a situação em que o processo de combustão é assumido em duas etapas globais. ´E analisado em detalhe o papel desempenhado pela transferencia de calor por radiacao, com meio participante. Para melhor verificar as trocas de calor, assume-se uma camara de combustao cilındrica com paredes d’agua. A injecao do combustıvel e do oxidante e feita atraves de um queimador central, semelhante ao usado para validar a modelagem, porem com dois orifıcios concentricos para injecao de combustıvel. Nesta situação o efeito do turbilhonamento (swril), assumido como 20 % da velocidade axial de entrada, sobre a injecao de ar e computado atraves da condicao contorno da equacao de conservacao da quantidade de movimento angular. Nesta fase apenas o modelo E-A, com duas etapas globais de reacoes quımicas, e considerado, ja que o mesmo apresenta os melhores resultados. O processo de combustao e simulado com e sem a presenca da radiacao termica. Verifica-se que a presenca da radiacao termica homogeneiza a temperatura dos gases no interior da camara. Com isso verifica-se tambem alterações nas taxas de reacoes quımicas, modificando a magnitude das fracoes das especies quımicas Quando a radiacao termica e considerada efeitos de extinção local da chama sao verificados nas regioes de temperaturas mais altas, diminuindo o consumo de oxigenio e aumentando a producao de monoxido de carbono, caracterizando assim uma combustao incompleta. Em algumas situacoes tem-se uma variacao de temperatura de ate 500 K, a montante da chama. A radiacao termica tambem aumenta a taxa de transferencia de calor dos gases quentes para as paredes da camara, e desta para o seu exterior. Com os resultados obtidos a partir desta modelagem e possıvel determinar o perfil da zona de combustao, a distribuicao de concentracoes de especies quımicas, o campo de velocidades e as taxas de transferencia de calor para as paredes da camara de combustao, total, por conveccao superficial e por radiacao. Estes resultados sao de extrema importancia para prever a performance de camaras de combustao, assim como auxiliar na sua otimizacao.

Projeto e implementação de um sistema de instrumentação eletro-eletrônica para caracterização de escoamentos através de processamento digital de imagens

Historicamente, devido à incompreensibilidade dos fenômenos físicos envolvidos, diversas técnicas de análise experimental de escoamentos foram desenvolvidas. Inicialmente, estas técnicas consistiam em uma simples visualização do escoamento em questão. Visava-se com isto produzir a intuição física a respeito do sistema físico para que futuras teorias pudessem ser formuladas. No entanto, nos anos posteriores, tornou-se necessária a criação de técnicas quantitativas. Neste segmento, a evolução tecnológica da eletrônica propiciou que técnicas intrusivas e não intrusivas fossem criadas. Tal processo culminou com o surgimento da microeletrônica, quando sensores eletrônicos de imagem puderam ser fabricados. Assim, técnicas não intrusivas de velocimetria através de processamento digital de imagens tornaram-se referência, possibilitando a medição de campos de velocidade do escoamento em análise. Tais técnicas são atualmente utilizadas não apenas no meio acadêmico, na investigação da turbulência, como na indústria, em projetos de engenharia que envolvam alta tecnologia. Neste trabalho, apresenta-se uma metodologia para a concepção de um sistema de velocimetria de 2 dimensões por processamento digital de imagens. Para tanto, o sistema de velocimetria foi dividido em duas partes, sendo os equipamentos bem como os conceitos físicos envolvidos em cada uma analisados e descritos Por fim, projetou-se e implementou-se um sistema de velocimetria de 2 dimensões através de processamento digital de imagens, modo PIV. A sua validação foi efetuada sobre um escoamento altamente turbulento interno a um duto circular, cuja solução é conhecida e exaustivamente estudada no decorrer dos anos. O resultado obtido se apresentou totalmente satisfatório e demonstrou a grande importância atual de tal técnica de medição.

Simulação numérica da transferência simultânea de energia e umidade através do solo em um sistema trocador-armazenador de calor

O presente trabalho pesquisa o fenômeno da transferência simultânea de calor e umidade em solos insaturados que envolvem dutos enterrados. Estes dutos e o solo envolvente compõem o chamado sistema trocador-armazenador de calor no solo, que é muitas vezes utilizado como fonte complementar de aquecimento em estufas solares agrícolas. O funcionamento do sistema trocador-armazenador de calor é baseado na energia armazenada no solo durante os horários de máxima insolação, sendo que durante a noite parte desta energia é recuperada. Durante o dia o ar quente do meio interno da estufa solar é bombeado para dentro do feixe de tubos enterrados, que devolvem o ar mais frio na outra extremidade. Por outro lado, durante a noite o ar mais frio do meio interno da estufa é bombeado para dentro dos dutos, os quais efetuam troca térmica com o solo envolvente, que neste horário possui a temperatura mais elevada do sistema. O objetivo geral deste trabalho é resolver o problema transiente periódico e tridimensional da transferência simultânea de calor e umidade em solos não-saturados, que compõem o sistema trocador-armazenador de calor, utilizando a simulação numérica. Como objetivos secundários têm-se: o melhoramento do sistema de troca térmica, a quantificação da parcela de calor transportado pela difusão da umidade no solo e a análise dos campos de temperatura e de conteúdo de umidade, sendo que a análise dos campos de umidade permite verificar se existe formação de frentes de secagem significativas na vizinhança dos dutos durante os sucessivos períodos de aquecimento e resfriamento a que o sistema é submetido. Na resolução do problema em questão é empregado o modelo clássico de Philip e De Vries para a transferência simultânea de calor e massa em meios porosos insaturados Neste modelo, as equações de conservação de energia e massa obtidas trazem explicitamente as influências combinadas dos gradientes de temperatura e de conteúdo de umidade nos processos de transporte de calor e umidade. O sistema de equações diferenciais governantes do problema em questão é resolvido numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e na discretização destas equações é usada uma integração temporal totalmente implícita. Todas as propriedades difusivas e termofísicas empregadas são consideradas variáveis com a temperatura e o conteúdo de umidade. Os dutos de seção transversal circular do sistema trocadorarmazenador de calor no solo, são modelados como dutos de seção transversal quadrada de área equivalente para que coordenadas cartesianas possam ser utilizadas nos modelos analisados. Neste trabalho são simulados quatro modelos computacionais associados ao sistema trocador-armazenador de calor no solo. Estes modelos são compostos por: um duto isolado, um duto com convecção, dois dutos isolados e dois dutos com convecção. A variação da temperatura do ar na entrada do(s) escoamento(s), assim como a temperatura do meio ambiente, para os modelos com convecção, é dada por uma senóide com uma amplitude de 14 ºC. No modelo de um duto isolado, são realizadas simulações utilizando várias combinações dos parâmetros do modelo em questão e os resultados, assim obtidos, são comparados com aqueles encontrados na literatura Visando melhorar o sistema de troca térmica dos modelos computacionais investigados, são selecionados valores e intervalos de valores recomendados para os parâmetros do modelo de um duto isolado. Para este modelo, com um diâmetro de 0,1 m, são escolhidos valores (ou intervalos de valores) recomendados: de 4 m/s para a velocidade do escoamento interno dentro do duto, de 0,25 para o conteúdo de umidade do solo, de 5 até 20 metros para o comprimento do duto e de 0,20 até 0,30 m para a distância entre centros do dutos. As simulações dos quatro modelos computacionais realizadas utilizando as várias combinações dos valores recomendados para os parâmetros destes modelos, mostrou que não há diferença significativa entre os valores de calor volumétrico armazenado no solo empregando a resolução acoplada das equações de energia e de massa e a resolução da equação da temperatura. Mesmo para os modelos de um e de dois dutos com convecção a diferença percentual encontrada foi insignificante. Finalmente, são apresentados e analisados os campos de temperatura e de conteúdo de umidade para os quatro modelos computacionais avaliados. Os perfis de temperatura e de conteúdo de umidade em diferentes horários mostraram que, durante o dia, o solo absorve calor dos escoamentos internos de ar e, uma vez que, junto à superfície dos dutos tem-se regiões de maior temperatura, há, conseqüentemente, uma migração da umidade nestas regiões. Durante a noite, ocorre o contrário, o solo fornece calor aos escoamentos dentro dos dutos, e, desta forma, as regiões próximas aos dutos apresentam níveis de conteúdo de umidade superiores ao inicial. Ainda, os perfis de conteúdo de umidade para todas as situações analisadas mostraram que, não há formação de frentes de secagem significativas nas proximidades dos dutos que compõem os quatro modelos computacionais avaliados.

Padrões espaciais e temporais da comunidade de invertebrados bentônicos no estuário Tramandaí-Armazém, RS, e a resposta da macro e meiofauna a um derrame experimental de óleo bruto

A distribuição espaço-temporal dos invertebrados bentônicos, no estuário Tramandaí-Armazém, localizado no Litoral Norte do Rio Grande do Sul, Brasil, foi analisada em três sub-ambientes: laguna Armazém (3 áreas amostrais), laguna Tramandaí (3 áreas amostrais) e Canal de ligação com o Oceano Atlântico (1 área amostral). Na laguna Tramandaí, ocorre um aporte de água doce pelo rio Tramandaí, na laguna Armazém, ocorre a entrada mais freqüente da cunha salina e no Canal verifica-se uma maior influência do Oceano Atlântico. No ARTIGO I, foram analisados os organismos da meiofauna, obtidos a partir de amostragens sazonais em 2000. Em cada área foram tomadas seis amostras, até a profundidade de 5 cm no interior do sedimento, com um corer de 2,7cm de diâmetro. Nematoda foi o grupo taxonômico dominante em todos os ambientes. As análises uni e multivariadas mostraram que a estrutura da meiofauna na laguna Armazém, caracterizada pelas densidades mais elevadas, difere significativamente dos demais ambientes amostrados. A similaridade das amostras coletadas na laguna Tramandaí e no Canal ocorreu em quase todas as estações, com exceção da primavera. Picos de densidade da meiofauna foram encontrados no verão. Os resultados sugerem que os fatores abióticos, como salinidade, hidrodinâmica e temperatura, são importantes condicionantes desta variabilidade espaço-temporal detectada. No ARTIGO II, detalhou-se a identificação de Nematoda, em gênero, e sua classificação em grupo trófico. As análises multivariadas mostraram que a associação de Nematoda é distinta entre os três ambientes analisados. Os atributos densidade, diversidade e riqueza de gêneros foram significativamente mais elevados na laguna Armazém. Nesta laguna, os nematódeos comedores de epistrato e de bactérias foram os dominantes, enquanto que no Canal e Tramandaí prevaleceram os comedores de depósito e predadores facultativos. Uma variabilidade temporal foi detectada tanto para os gêneros, como para os grupos tróficos, com densidades mais elevadas no verão. A identificação de Nematoda e de seu comportamento alimentar mostraram que além da salinidade, hidrodinâmica e temperatura, a disponibilidade de alimento e a forma como está disponível, determinam a estrutura desta associação. No ARTIGO III, foi analisada a distribuição espaço-temporal da macrofauna, a partir de amostragens sazonais entre o outono de 2002 e o verão de 2003. Em cada área foram obtidas 6 amostras com um corer de 10cm de diâmetro enterrado até a profundidade de 20 cm no interior do sedimento. No Canal, a comunidade da macrofauna, foi caracterizada pelas menores densidades e riqueza específica, em todas as estações do ano. Diferente do verificado para Nematoda, a estrutura da macrofauna, encontrada na laguna Armazém e laguna Tramandaí foi similar. Este resultado se deve a baixa riqueza específica da macrofauna e a dominância de espécies oportunistas. Em situações de maior oferta de alimento, oriunda da decomposição de detritos (no inverno) e ao aparecimento da macrófita Ruppia maritima (na primavera), observou-se uma diferenciação da estrutura da macrofauna encontrada na laguna Armazém da laguna Tramandaí. Na laguna Armazém densidades mais elevadas ocorreram no inverno, nos demais ambientes não foram constatadas diferenças significativas entre as estações. Provavelmente as características geomorfológicas do estuário e a hidrodinâmica atuante promovam uma instabilidade em todo o estuário, que para a macrofauna se sobrepõem às diferenças ambientais encontradas entre as lagunas. No ARTIGO IV, avaliou-se a macro e meiofauna, frente a um derrame experimental de óleo, através de análises univariadas. No experimento foram considerados dois fatores: tratamento (controle, corer sem óleo, corer com óleo) e tempo (4 e 9 horas após a adição do óleo). Cada tratamento constou de cinco réplicas, nos dois períodos de coleta. Não foram detectados efeitos do óleo sobre a macrofauna, no tempo de 4 horas e 9 horas de exposição. Para a meiofauna e gêneros de Nematoda, não foram encontradas variações significativas de densidade, com exceção do gênero Theristus, que apresentou um maior número de organismos mortos na presença do óleo.

Transferência de calor combinando radiação e convecção no interior de dutos de geradores de vapor fumotubulares

Esta dissertação de mestrado considera a transferência de calor combinando convecção e radiação térmica no escoamento de gases participantes em dutos de seção circular. Partindo de uma metodologia geral, o trabalho enfoca principalmente os casos típicos de aplicação em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, em que gases em alta temperatura escoam através de um tubo mantido em temperatura uniforme. O escoamento é turbulento e o perfil de velocidade é plenamente desenvolvido desde a entrada do duto. A temperatura do gás, contudo, é uniforme na entrada, considerando-se a região de desenvolvimento térmico. Duas misturas de gases são tratadas, ambas constituídas por dióxido de carbono, vapor d’água e nitrogênio, correspondendo a produtos típicos da combustão estequiométrica de óleo combustível e metano. As propriedades físicas dos gases são admitidas uniformes em todo o duto e calculadas na temperatura de mistura média, enquanto que as propriedades radiantes são modeladas pela soma-ponderada-de-gases-cinzas. O campo de temperatura do gás é obtido a partir da solução da equação bidimensional da conservação da energia, sendo os termos advectivos discretizados através do método de volumes de controle com a função de interpolação Flux-Spline; as trocas de energia radiantes são avaliadas por meio do método das zonas, onde cada zona de radiação corresponde a um volume de controle. Em um primeiro passo, a metodologia é verificada pela comparação com resultados apresentados na literatura para a transferência de calor envolvendo apenas convecção e combinando convecção com radiação. Em seguida, discutem-se alguns efeitos da inclusão da radiação térmica, por exemplo, no número de Nusselt convectivo e na temperatura de mistura do gás. Finalmente, são propostas correlações para o número de Nusselt total, que leva em conta tanto a radiação quanto a convecção. Essa etapa exige inicialmente uma análise dos grupos adimensionais que governam o processo radiante para redução do número elevado de parâmetros independentes. As correlações, aplicáveis a situações encontradas em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, são validadas estatisticamente pela comparação com os resultados obtidos pela solução numérica.