Análise energética de sistemas de aquecimento de água com energia solar e gás

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento de água combinando energia solar e gás como fontes energéticas. A ênfase desta análise está na influência que a forma de conexão dos coletores solares e do circuito da fonte auxiliar de energia ao reservatório exercem sobre a eficiência e o custo de operação do sistema. O trabalho engloba uma montagem experimental, caracterização de componentes, validação experimental de um programa de simulação, análises de eficiência utilizando o programa e análises econômicas com dados simulados. Na fase experimental desta Tese, foram montados três sistemas de aquecimento de água. Dois sistemas utilizando reservatórios verticais e um sistema utilizando reservatório horizontal. Os sistemas foram montados com componentes similares: reservatórios metálicos isolados termicamente com capacidade de 600 litros (verticais), reservatório de polietileno isolado termicamente com capacidade de 600 litros (horizontal), 2 coletores solares de placas planas, tubulação de cobre e aquecedores a gás de passagem de 7,5 l /min. Os componentes foram caracterizados mediante a curva de eficiência dos coletores solares, eficiência dos aquecedores a gás de passagem e o coeficiente de perdas térmicas dos reservatórios Sensores foram instalados para monitorar os sistemas em operação. Os sinais dos sensores foram medidos através de uma central de aquisição de dados conectado a um computador. Temperaturas, irradiância solar, consumo de gás e consumo de água foram registrados ao longo do tempo. Os resultados experimentais foram comparados com resultados calculados por meio de um programa desenvolvido no Laboratório de Energia Solar apresentando boa concordância. Utilizando o mesmo programa determinou-se a configuração do sistema de aquecimento de água com energia solar e gás mais eficiente para a cidade de Porto Alegre com um determinado perfil de consumo. Outros tipos de sistemas de aquecimento de água foram simulados para atender o mesmo perfil de demanda. Análises econômicas comparando estes sistemas entre si foram realizadas considerando diversos cenários econômicos.

Influência do choque térmico na aderência de azulejos ao substrato

O trabalho consta do estudo teórico-experimental da influência do choque térmico na aderência de azulejos ao substrato. Inicialmente é feita uma revisão bibliográfica sobre os vários componentes envolvidos no processo, são relatados elementos para elaboração de projetos de revestimentos, a normalização vigente e dgurnas das patologias mais comuns encontradas nas cerâmicas, especialmente para os azulejos, bem como suas formas de reparos e locais de maior ocorrência. Os fundamentos da teoria sobre aderência sáo abordados em um capitulo especial. No capitulo seguinte são apresentados os ensaios realizados, quais sejam, ensaios de choque térmico e de resistência de aderência 8, tração de azulejos. Estes azulejos, em finção da produção industrial, são de dois tipos: os confeccionados pelo processo monoqueima e os pelo processo biqueirna, sendo cada grupo de amostras assentado com argamassa adesiva a base de cimento, argamassa adesiva convencional e argamassa adesiva com aditivo incorporador de ar. A avaliação dos experimentos realizados é feita pelos métodos estatisticos, comprovando a importância das juntas de assentamento no desempenho ao longo da vida util dos tipos de azulejos estudados, com os resuItados encontrados constantes neste trabalho.

Estudo experimental e teórico das propriedades magnéticas e supercondutoras dos compostos borocarbetos da série Y(Ni 1-x Mn x) 2 B2 C com x = 0,0, 0,01, 0,025, 0,05, 0,10 e 0,15

Apresentamos neste trabalho os resultados de um estudo experimental e teórico dos compostos borocarbetos supercondutores da série Y(Ni1-xMnx)2B2C com x = 0; 0,01; 0,025; 0,05; 0,10; 0,15. A principal motivação para este trabalho foi investigar a estrutura eletrônica e a possível formação do momento magnético sobre os átomos de impureza de Mn nos compostos Y(Ni1- xMnx)2B2C. O aparecimento do momento magnético localizado no sítio da impureza possibilitou estudar a influência do Mn sobre o mecanismo de quebra de pares supercondutores e sobre as propriedades magnéticas do composto. Os borocarbetos são compostos de estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado e altamente anisotrópicos (c/a~3). São intermetálicos de alta temperatura crítica supercondutora Tc, com forte acoplamento elétron-fonon. Em alguns casos podem apresentar ordem magnética, supercondutividade e também coexistência ou competição energética entre ambos. As medidas de transporte eletrônico, em função da temperatura, foram feitas utilizando-se um detector síncroton baseado na técnica de quatro pontos operando na faixa de 4,2K até 300K. Essas medidas possibilitaram o estudo das propriedades relacionadas ao transporte eletrônico na fase supercondutora. Na fase normal, extraiu-se a dependência em energia da função espectral de fonons α² F (ω) para alguns compostos da série estudada. As medidas magnéticas em função da temperatura e do campo magnético foram feitas utilizando-se um SQUID (Superconducting Quantun Interference Device – Quantun Design Model MPMS XL). Tais medidas permitiram a caracterização das propriedades magnéticas de nossas amostras. Em particular determinou-se o valor, em regime de saturação, do momento magnético associado ao sítio cristalino do Mn. Foram determinadas também as correntes críticas supercondutoras usando o Modelo de estado crítico de Bean e a variação da temperatura crítica supercondutora (Tc) com a mudança do campo externo aplicado. As medidas magnéticas permitiram a obtenção do diagrama que relaciona o campo crítico inferior (HC1) e a temperatura, variando-se a concentração do átomo dopante de manganês. Foi feito um esforço teórico no sentido de interpretar os resultados experimentais. Para isso foram usados três modelos: O modelo de estado crítico de Bean já citado acima e um modelo baseado na fórmula de Ziman usando uma aproximação para a função espectral de fonons para descrever a resistividade no regime de alta temperatura. Além disto, usou-se o modelo de duas sub-redes para a descrição do momento magnético das impurezas de Mn, em função da concentração, na série Y(Ni ) ( 2 ω α F 1-xMnx)2B2C.

Comparação entre resultados experimentais e computacionais do comportamento térmico de um ambiente

O presente trabalho apresenta uma comparação entre resultados computacionais, obtidos através do "software" EnergyPlus e experimentais do comportamento térmico de um ambiente condicionado e não condicionado. Para tanto, monitoraram-se os dados climáticos de radiação, velocidade do vento e temperatura, no período de 11 a 20 de janeiro de 2002 e produziu-se um arquivo climático. Simultaneamente, fez-se a aquisição das temperaturas de uma sala-teste, localizada no terceiro pavimento de um prédio na cidade de Porto Alegre, bem como das salas adjacentes. As temperaturas do ar de insuflamento e de retorno dos condicionadores de ar, localizados na sala-teste, foram medidas durante o dia, em seis dias do período de monitoramento. Mediu-se também a velocidade do ar de retorno e determinou-se a potência sensível de refrigeração. Os ganhos de calor interno da sala também foram medidos e utilizaramse as formulações apresentadas pela ASHRAE, 2001, para determiná-los em relação às pessoas e à infiltração. Tais dados foram declarados ao programa como variáveis de entrada. As simulações do comportamento térmico da sala-teste foram implementadas informando-se ao programa a temperatura das salas ou os coeficientes de uma equação representativa das mesmas. Por considerar que a primeira representava melhor as condições térmicas das salas contíguas, utilizou-se esta modalidade para análise As simulações foram conduzidas, alterando-se opções fornecidas pelo programa: modelo de céu isotrópico e anisotrópico, coeficiente de convecção simples e detalhado. Os resultados da carga térmica e temperatura ambiente da sala-teste obtidos nas simulações foram comparados com os dados experimentais do período de monitoramento. A melhor concordância foi obtida para o modelo anisotrópico, coeficiente de convecção detalhado. Constatou-se uma grande discrepância entre as cargas térmicas, para o modelo de convecção simples. Assim, conclui-se que o "software" EnergyPlus representa bem o comportamento térmico de uma edificação "termicamente pesada" para coeficiente de convecção detalhado, necessitando pesquisa para as demais edificações.

Compatibilidade entre eficiência energética e eficiência econômica numa empresa rural

A tecnologia de produção agrícola convencional está baseada no alto consumo de energia fóssil – o petróleo –, devido, principalmente, ao uso intensivo de fertilizantes químicos, agrotóxicos, maquinaria pesada e combustíveis. Este modelo agrícola não é viável no longo prazo por dois motivos: além de ser de baixa eficiência energética, os aumentos crescentes do preço da energia, devido à perspectiva de escassez (recurso finito), afetam cada vez mais os custos de produção agrícola, tornando os preços dos produtos agrícolas proibitivos para a maioria das populações. Em segundo lugar, este modelo tem contribuído para a depauperização do solo (capital básico), através do desequilíbrio biológico e desestruturação física, além da contaminação ambiental e dos produtos produzidos. Dentro deste contexto, este trabalho procura mostrar a importância da análise da eficiência energética na empresa rural, ao lado da análise econômica. Através da programação linear, analisa a máxima eficiência energética e máxima eficiência econômica na empresa e respectivas estruturas de produção e consumo de recursos, considerando as variações no preço da energia. As principais conclusões foram: com a tecnologia hora em uso na agricultura, à uma eficiência econômica máxima da empresa rural, está associada uma eficiência energética mínima; a eficiência energética varia em sentido inverso à eficiência econômica; a medida que o preço da energia aumenta, a eficiência energética aumenta, a eficiência econômica cai, os recursos produtivos mais intensivos energeticamente (principalmente fertilizantes químicos), tornam-se menos competitivos, cedendo lugar aos menos intensivos energeticamente, como os adubos orgânicos Por fim, relaciona-se algumas sugestões para futuros trabalhos, enfocando principalmente o uso de tecnologias alternativas de produção, como: adubos orgânicos, tração animal, rotação e diversificação de culturas, adubação verde, energias alternativas, etc, com o intuito de: aumentar a eficiência energética, buscando a independência energética da empresa; melhorar o equilíbrio biodinâmico do solo, para garantir a produtividade no longo prazo; evitar a contaminação ambiental e do próprio homem, procurando produzir produtos biologicamente sadios, livres de resíduos tóxicos e, assim, garantir uma agricultura verdadeiramente autosustentável.

Um modelo de comportamento aversivo térmico em Megalobulimus oblongus e a ação de fármacos nos sistemas opióide e serotoninérgico envolvidos na nocicepção

As manifestações comportamentais em Megalobulimus oblongus após a estimulação aversiva térmica (EAT) e a ação de fármacos que atuam sobre os sistemas opióide e serotoninérgico foram analisadas, empregando-se, respectivamente, testes com placa aquecida, morfina, serotonina (5-hidróxitriptamina ou 5-HT), e dos bloqueadores, o naloxone e a metisergida. Com o procedimento utilizado, foi posível diferenciar um comportamento estereotipado indicativo de resposta à nocicepção, determinar a latencia em que tais comportamentos são inicialmente manifestados, e as alterações obtidas mediante o emprego de fármacos. A morfina foi capaz de aumentar a latência demonstrando uma ação antinociceptiva neste modelo, que foi antagonizado pelo naloxone. No tocante ao sistema serotoninérgico, tanto a 5-HT quanto a metisergida aplicadas isoladamente, provocaram uma diminuição da latência que foi relacionado com um efeito nociceptivo. Porém, quando estes dois fármacos foram aplicados conjuntamente, observou-se um efeito contrário. Os resultados obtidos neste estudo farmacológico com o M. oblongus são congruentes com estudos prévios realizados em outros modeos gastrópodos, citados na literatura, e sugerem o envolvimento de um sistema opióide e serotoninérgico nas respostas reflexas nociceptivas neste animal, sendo estas manifestadas por intermédio de um comportamento motor aversivo. Além disso, ficou demonstrada a presença de receptores de ambos os sistemas, conforme a ação dos fármacos empregados.

Crescimento térmico de filmes dielétricos sobre SiC e caracterização das estruturas formadas

Na presente tese, foi investigado o crescimento térmico de filmes dielétricos (óxido de silício e oxinitreto de silício) sobre carbeto de silício. Além disso, os efeitos da irradiação iônica do SiC antes de sua oxidação, com o intuito de acelerar a taxa de crescimento do filme de SiO2, também foram investigados. A tese foi dividida em quatro diferentes etapas. Na primeira, foram investigados os estágios iniciais da oxidação térmica do SiC: mudanças no ambiente químico dos átomos de Si foram observadas após sucessivas etapas de oxidação térmica de uma lâmina de SiC. A partir desses resultados, em conjunto com a análise composicional da primeira camada atômica da amostra, acompanhou-se a evolução do processo de oxidação nesses estágios iniciais. Na etapa seguinte, foram utilizadas as técnicas de traçagem isotópica e análise por reação nuclear com ressonância estreita na curva de seção de choque na investigação do mecanismo e etapa limitante do crescimento térmico de filmes de SiO2 sobre SiC. Nesse estudo, compararam-se os resultados obtidos de amostras de óxidos termicamente crescidos sobre Si e sobre SiC. Na terceira etapa, foram investigados os efeitos da irradiação iônica do SiC antes de sua oxidação nas características finais da estrutura formada. Finalmente, comparam-se os resultados da oxinitretação térmica de estruturas SiO2/SiC e SiO2/Si utilizando dois diferentes gases: NO e N2O.

Filmes finos dielétricos para a tecnologia do silício : processamento térmico e caracterização

O rápido avanço tecnológico coloca a tecnologia do Si diante de um grande desafio: substituir o dielétrico de porta utilizado por mais de 40 anos em dispositivos MOSFET (transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor), o óxido de silício (SiO2), por um material alternativo com maior constante dielétrica. Nesse contexto, vários materiais têm sido investigados. Nesta tese concentramos nossa atenção em três candidatos: o óxido de alumínio (Al2O3), o silicato de zircônio (ZrSixOy) e o aluminato de zircônio (ZrAlxOy). Nossos resultados experimentais baseiam-se em técnicas de análise com feixes de íons ou raios-X e de microscopia de força atômica. No caso do Al2O3, investigamos a difusão e reação de oxigênio através de filmes relativamente espessos (35 nm) quando submetidos a tratamento térmico em atmosfera oxidante, e os efeitos que esses processos provocam em filmes finos (6,5 nm) de Al2O3 depositados sobre uma estrutura SiO2/Si. Observamos que o processo de difusão-reação em filmes de Al2O3 é diferente do observado em filmes de SiO2: no primeiro caso, oxigênio difunde e incorpora-se em todo o volume do filme, enquanto que em filmes de SiO2, oxigênio difunde através do filme, sem incorporar-se em seu volume, em direção à interface SiO2/Si, onde reage. Além disso, quando oxigênio atinge a interface Al2O3/Si e reage com o Si, além da formação de SiO2, parte do Si migra em direção ao Al2O3, deslocando parte dos átomos de Al e de O. Modelos baseados em difusão e reação foram capazes de descrever qualitativamente os resultados experimentais em ambos os casos. A deposição de filmes de Al2O3 sobre Si por deposição química de camada atômica a partir de vapor também foi investigada, e uma nova rotina de deposição baseada em préexposição dos substratos de Si ao precursor de Al foi proposta. As estruturas ZrSixOy/Si e ZrAlxOy/Si (ligas pseudobinárias (ZrO2)z(SiO2)1-z e (ZrO2)z(Al2O3)1-z depositadas sobre Si) foram submetidas a tratamentos térmicos em oxigênio ou vácuo com o objetivo de investigar possíveis instabilidades. Os tratamentos térmicos não provocaram instabilidades na distribuição de Zr, mas migração e incorporação de Si no filme dielétrico foram observadas durante os dois tratamentos para ambos os materiais.

Análise energética e exergética de um ciclo rankine com aquecimento distrital : estudo de uma planta termelétrica

Este trabalho tem por objetivo simular e analisar uma usina termelétrica a carvão em várias condições de funcionamento. A usina simulada neste trabalho é a AVV 1 localizada em Copenhague, Dinamarca. A AVV 1 é uma usina de geração de potência e aquecimento distrital que pode funcionar em várias condições de carga. A simulação da usina supracitada foi tema de um concurso de simuladores proposto no congresso ECOS 2003 realizado em Copenhague, Dinamarca. Para a realização deste trabalho foi construído um programa na linguagem FORTRAN 90. Cada componente da usina é modelado através de equações de balanço de massa e energia, e o sistema completo tem sua solução obtida pelo método de substituição sucessiva. Para viabilizar essa solução é necessário também implementar uma rotina de cálculo de propriedades do fluido de trabalho. No caso estudado, o fluido de trabalho da usina é a água e a formulação utilizada para o cálculo de suas propriedades nos diversos estados é a IAPWS IF-97. A usina é simulada em dois modos de operação: modo de condensação, onde ocorre apenas geração de eletricidade, e em modo de contrapressão, onde há geração de eletricidade e aquecimento distrital, conforme nomenclatura sugerida pela organização do concurso No modo de condensação, são feitas quatro séries de simulações variando a carga de 100% a 40%. Cada série contém um conjunto de hipóteses quanto à variação das eficiências isoentrópicas e pressões das turbinas em função da vazão mássica. No modo de contrapressão, a usina é simulada funcionando com 100% da carga. O programa desenvolvido calcula as propriedades para qualquer ponto de trabalho ao longo da planta, assim como a eficiência da mesma, a potência gerada, e todas as vazões mássicas pertinentes. Além disso, é feita também uma análise exergética da planta. A simulação demonstrou que a planta possui uma eficiência global de 42,02% com uma geração de 250,2 MW em 100% de carga no modo de condensação. Nessas mesmas condições, do ponto de vista exergético, a eficiência encontrada é de 37,21%. No modo de contrapressão, a usina apresenta uma eficiência exergética de 40,19% com um aproveitamento energético de 90,55%. Por fim, é possível também verificar a comportamento da eficiência da planta e a variação de água de resfriamento do condensador com a carga. Os resultados gerados são próximos àqueles encontrados pelos diversos pesquisadores que abordaram o problema.

Utilização do programa energyplus para simulação do conforto térmico em edificações populares em quatro capitais brasileiras

O principal objetivo deste trabalho consiste em utilizar o programa EnergyPlus para simular e analisar o nível de conforto térmico dos moradores de uma edificação térrea simples. Para tanto, escolheu-se e definiu-se uma casa popular padrão que será utilizada para as cidades de Belém, PA, Brasília, DF, São Paulo, SP e Recife, PE. Em relação a esta residência e aos seus moradores foram determinadas diversas características, entre elas, rotinas de ocupação, nível de atividades, fator de vestimenta e número de moradores. Ganhos internos (lâmpadas e equipamentos elétricos) e renovação do ar (infiltração e ventilação) foram, também, considerados neste trabalho. O conforto térmico dos ocupantes da habitação foi simulado e analisado para uma semana representante da época do ano com a temperatura mais elevada, e outra semana que representa o período de frio ou chuvas, ou seja, época do ano com temperaturas mais baixas. Para esta etapa necessitou-se a utilização de arquivos climáticos das quatro capitais brasileiras citadas acima. Os níveis de conforto térmico foram determinados e estudados conforme a metodologia de Fanger, que utiliza os seguintes parâmetros: temperatura, umidade relativa e velocidade do ar, temperatura média radiante do ambiente, vestimenta e metabolismo dos indivíduos. Este estudo foi realizado para um ambiente em evolução livre e analisou-se somente a sala e os quartos da residência. Também não foram considerados neste trabalho os equipamentos elétricos com o intuito de melhorar o conforto térmico como, por exemplo, ventiladores A ferramenta de simulação computacional utilizada para o cálculo do conforto térmico neste trabalho foi o programa EnergyPlus. Para a simulação do conforto necessitou-se calcular a infiltração e a ventilação na residência, e com este intuito utilizou-se uma sub-rotina deste programa baseada no modelo de fluxo de ar multizonal COMIS. Os resultados obtidos para o conforto térmico, através dos valores de PMV, nos dias analisados das quatro cidades em que foi realizado o estudo mostraram-se bastante coerentes com as condições externas e internas da residência, indicando a boa capacidade do programa EnergyPlus nestes casos simulados. Calculado e analisado o conforto térmico das pessoas, melhorias nas estruturas da edificação foram sugeridas a fim da obtenção de condições otimizadas para os ocupantes desta habitação.