Modelos cinéticos da equação linearizada de Boltzmann e um problema de transferência de calor em microescala

Neste trabalho, um problema de transferência de calor da dinâmica de gases rarefeitos, causado pela diferença de temperaturas nas superfícies de um canal, é abordado. O problema é formulado através dos modelos cinéticos BGK, S e Gross-Jackson da equação linearizada de Boltzmann e resolvido, de forma unificada, pelo método analítico de ordenadas discretas (método ADO). Resultados numéricos para as perturbações de densidade e temperatura e também para o fluxo de calor são apresentados e comparados, mostrando que não se pode dizer que algum dos três modelos seja uma melhor aproximação da solução aos resultados da equação linearizada de Boltzmann.

Integração energética da rede de trocadores de calor em extração por solvente para a produção de farelo branco de soja

A síntese de redes de trocadores de calor foi muito bem estudada pela comunidade científica nos últimos trinta anos, porém, o desenvolvimento de métodos e a melhoria dos já existentes sempre foram o foco principal da grande maioria dos autores. São poucos os trabalhos que aplicam qualquer uma das metodologias a situações reais e discorrem sobre as dificuldades encontradas - provavelmente porque as empresas não têm interesse em tornar público os resultados obtidos. Este trabalho aplica a metodologia do ponto de estrangulamento na nova fábrica de farelo branco do Parque Industrial de Esteio e, portanto, pode servir como um guia prático aos profissionais que desejem fazer o mesmo em outras plantas industriais. Esta dissertação sintetiza duas redes de trocadores de calor para a fábrica de farelo branco de Esteio, levando em consideração as condições econômicas e os custos de equipamento e de montagem no Brasil. A primeira rede estabelecida é baseada em aproveitamentos térmicos utilizados pelos fabricantes e pelas empresas que dominam a tecnologia de extração de óleos vegetais, já a segunda rede sintetizada utiliza a metodologia do ponto de estrangulamento. Os dois resultados obtidos são bastante viáveis economicamente, sendo que a rede sintetizada pelo ponto de estrangulamento é mais econômica. O Valor Presente Líquido é utilizado como critério de cálculo de viabilidade das duas redes. Foi demonstrado que para a realidade brasileira este critério é mais adequado que o Custo Total Anualizado. A flexibilidade da rede produzida pelo método do ponto de estrangulamento foi avaliada de maneira preliminar por simulação e tabelas de sensibilidade. O resultado obtido é robusto na posta em marcha e quando a planta é submetida a variações no extrator - situações que produzem distúrbios importantes e freqüentes. A aplicação da metodologia do ponto de estrangulamento na integração energética da fábrica de farelo branco confirmou a simplicidade do método e a sua forte interação com o engenheiro de processos. O Rio Grande do Sul tem muito a ganhar se esta metodologia for disseminada nas universidades e nas empresas que compõe o parque industrial do estado.

Influência dos fotoativadores PAC e QTH na polimerização de resina composta e na geração de calor

O objetivo deste estudo foi avaliar e comparar in vitro o desempenho dos fotoativadores Apollo® 95E /DenMed Technologies, com luz xênon (arco de plasma - PAC), e o Curing Light® XL 3000 /3M-Unitek, com luz halógena (convencional - QTH), comparando-se, desta forma, um fotoativador de alta intensidade de luz (PAC) com um convencional (QTH). A efetividade dos aparelhos foi verificada pelo grau de polimerização apresentado pela resina composta (Transbond™XT/3MUnitek), avaliado em espectrofotometria por infravermelho e pela análise de microdureza Knoop. Os tempos de ativação para a fonte PAC foram um, dois e três segundos e, para a fonte QTH, foram 10, 20 e 30 segundos, buscando-se avaliar a equivalência, ou não, dos diferentes tempos das diferentes unidades fotoativadoras. Foram usadas matrizes metálicas circulares, que receberam a resina para posterior polimerização. Para cada tempo de ativação, para cada aparelho e para cada teste, foi fotoativada a resina composta de cinco corpos-de-prova. Foi avaliada, também, a temperatura no extremo distal do condutor de luz de cada aparelho, nos seus respectivos tempos predeterminados, colocando-se justaposto, à ponta do fotoativador, o sensor do dispositivo de aferição Sekundenthermometer/GTH 1160 – Phywe. Os resultados obtidos foram submetidos ao teste não-paramétrico Kolmogorov-Smirnov, à Análise de Variância (ANOVA) e ao teste de comparações múltiplas de Tukey. Os resultados da espectrofotometria apontaram diferença estatística significativa entre os grupos estudados. O grupo QTH alcançou as maiores médias e diferiu do grupo PAC (p=0,01). O ensaio de microdureza Knoop também apresentou resultados que apontaram a existência de diferença estatística significativa entre os grupos estudados, tendo o grupo QTH alcançado as maiores médias (p=0,01). A avaliação da temperatura igualmente apresentou diferença estatística significativa entre os grupos estudados (p=0,01), sendo que o grupo QTH atingiu as maiores médias. Com base na metodologia empregada e na análise dos dados obtidos no presente estudo, pode-se concluir que o grau de polimerização da resina composta e a temperatura no extremo distal do condutor de luz apresentaram diferença estatística significativa com o uso das unidades fotoativadoras Apollo® 95E (xênon) e Curing Light® XL 3000 (halógena) nos respectivos tempos predeterminados (p=0,01), ficando sempre, com as maiores médias, o aparelho convencional com luz halógena.

Sobrevivência de Escherichia coli,Staphylococcus aureus e Salmonella Enteritidis durante o armazenamento de hambúrguer de frango

Com o objetivo de avaliar a sobrevivência ao congelamento de microrganismos potencialmente patogênicos, hambúrgueres de frango foram contaminados com Escherichia coli (ECHC), Staphylococcus aureus (SAFH) e Salmonella Enteritidis (SE86) e armazenados a -18ºC. Os mesmos microrganismos e ainda E. coli ATCC 25972, S. aureus ATCC 25923, and S. Enteritidis ATCC 13076 também foram inoculados em água peptonada 0,1% e congelados a -18ºC, a fim de avaliar um possível efeito protetor dos componentes do hambúrguer sobre os microrganismos. A quantificação dos microrganismos foi realizada nos intervalos de 0, 1, 2, 3, 4, 7, 14, 21 e 28 dias de congelamento. Com o propósito de estudar as alterações nos ácidos graxos das células microbianas expostas ao congelamento, foram extraídos os ácidos graxos de cada bactéria, congelada e não congelada, e estes foram analisados por cromatografia gasosa. Os resultados demonstraram que, de modo geral, houve uma redução média de menos de 1 unidade logarítmica (log10) no número de células artificialmente inoculadas em hambúrgueres de frango. As reduções obtidas para cada microrganismo em água peptonada 0,1% foram significativamente (P0,05) maiores do que as reduções observadas em hambúrguer de frango, sugerindo a existência de um efeito crioprotetor dos componentes do hambúrguer. Em todos os experimentos, as reduções mais expressivas foram observadas nas primeiras semanas de congelamento. Ocorreram alterações expressivas na composição de ácidos graxos de S. aureus (SAFH) e S. aureus ATCC 25923, o que pode indicar que estes microrganismos alteraram a composição dos seus ácidos graxos como resposta ao estresse causado pelo congelamento.

Estudo ergonômico sobre o calor

O calor, no ambiente onde o ser humano vive ou trabalha, atribui-se a: -fatores físicos: relação entre temperatura, radiação, umidade e movimento do ar; fatores humanos: o ser humano atua como fonte de energia através de seu metabolismo e atividade física. o calor caracterizado por um determinado meio ambiente é o resultado da atuação de diferentes variáveis, tais como: sistema de construção, situação geográfica do ambiente físico, climatização artificial, etc.; idade, sexo, capacidade física, estado de aclimatação, vestuário, tipo, carga e regime de trabalho, etc. A partir do momento em que o indivíduo for introduzido num determinado meio ambiente térmico, todos estes fatores vão influenciar a transmissão de calor entre ele e o ambiente. Na pretensão de haver equilíbrio térmico no meio ambiente quente, constata-se a necessidade de providenciar medidas de proteção a nível do sujeito e do ambiente, para que prevaleçam situações ambientais "confortáveis", ou pelo menos, "tolerantes". Desse modo, através da: definição das condições térmicas tolerantes e de conforto, parte-se para projetar meios ambientes de trabalho, que tornem praticáveis um isolamento térmico do calor exterior, assim como a perda de calor de dentro para fora. Atuando-se sobre variáveis individuais e ambientais estaremos incidindo diretamente sobre os meios de transmissão, procurando-se diminuir a quantidade de calor que o organismo produz e/ou recebe e aumentar a possibilidade de dissipá-lo.

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.

Transferência de calor e controle de temperatura em tubos capilares utilizados em eletroforese capilar

Este trabalho tem por objetivo estudar a transferência de calor em tubos capilares cilíndricos utilizados na técnica de separação de moléculas denominada Eletroforese Capilar. Esta técnica é usada, por exemplo, na análise de biomoléculas e no sequenciamento de DNA, onde o controle da temperatura está diretamente ligado ao desempenho destes métodos e à qualidade dos resultados. Para empregar esta técnica, tensões elétricas da ordem de 20 kV são aplicadas entre as extremidades dos tubos capilares, que possuem normalmente 50 cm de comprimento, 350 µm de diâmetro externo e 50 µm de diâmetro interno, preenchidos por uma solução aquosa. Tais tensões geram uma corrente elétrica na solução, provocando aquecimento distribuído por Efeito Joule. Os tubos capilares são construídos em quartzo amorfo e protegidos por uma camada de material polimérico (poliimida). Para implementar o controle da temperatura, os tubos capilares são colocados em contato com um fluido de resfriamento. Num primeiro momento, os estudos são realizados por simulação numérica, empregando o Método dos Volumes Finitos em rotinas escritas em FORTRAN. São simulados casos onde os tubos são recobertos por camadas cilíndricas de materiais com uma condutividade térmica relativamente boa, com o objetivo de aumentar a superfície de troca de calor com o fluido de resfriamento. Como resultado, obtêm-se curvas da temperatura no centro dos tubos capilares em função do coeficiente de transferência de calor por convecção. Um caso de interesse é quando os tubos capilares são posicionados excentricamente ao recobrimento cilíndrico Num segundo momento, é utilizado o software de simulação numérica ANSYS CFX®, onde é simulado o resfriamento dos mesmos tubos capilares expostos a um escoamento transversal de ar a 15°C. Neste caso, também são aplicados os recobrimentos cilíndricos e, além disso, opta-se por simular o resfriamento de um arranjo de vários tubos (sistema multicapilar) dispostos entre placas de vidro, no formato de um sanduíche. Como resultados mais importantes salientam-se: a) o aumento do raio do recobrimento resulta no aumento da transferência de calor, fazendo com que a temperatura no núcleo do capilar fique estacionada em valores baixos que não comprometem as separações/análises; b) chegou-se a um valor de raio crítico da ordem de 10 mm para a condição de operação mais típicas na área da Eletroforese Capilar; c) as montagens com o tubo capilar concêntrico e excêntrico ao recobrimento não apresentam diferenças significativas no perfil de temperatura da solução tampão; e finalmente d) observa-se que o uso de duas placas de material dielétrico com os capilares posicionados em forma de sanduíche entre elas permite uma eficiente dissipação do calor gerado na solução tampão.

Otimização da produção de frango de corte em condições de estresse por calor

Foram realizados dois experimentos (EXP) com a finalidade de apresentar alternativas para reduzir os efeitos do estresse por calor (EPC), aumentando a produtividade em épocas quentes. O primeiro EXP teve como objetivos verificar o efeito de dietas com mais gordura (2,4 vs 4,0%) e menos proteína bruta (19,5 vs 18,5%) na metabolizabilidade, desempenho, rendimento de carcaça, parâmetros morfológicos (baço, bursa, coração, intestino e fígado), bioquímicos (proteínas totais, glicose, fructosamina, albumina e globulinas) e hematológicos (heterófilos. linfócitos, eosinófilos, basófilos, monócitos e relação heterófilo:linfócito) das aves aos 42 dias submetidas a EPC cíclico (25-32C). O efeito direto do EPC no desempenho e na metabolizabilidade da dieta, na situação de consumo pareado (comparado ao ambiente termoneutro) Também foi estudada. O segundo EXP teve como objetivos verificar o efeito de dietas suplementadas com vitaminas C e E (100UI de vitamina E/kg de ração e 300 ppm de vitamina C/kg de ração) e minerais orgânicos Zn e Se (40 ppm Zn e 0,3 ppm Se/kg de ração) no desempenho de frangos de corte submetidos a EPC e nos parâmetros morfológicos, bioquímicos e hematológicos das aves aos 35 dias. Foi observado que a queda de desempenho verificada no calor está relacionada principalmente com a diminuição no consumo e à redução na metabolizabilidade da matéria seca. A dieta com 1,6% a mais de gordura e 1% a menos proteína proporcionou às aves em EPC melhora na conversão alimentar (CA), mas não interferiu no rendimento de carcaça e cortes. Esta dieta também proporcionou um melhor peso relativo de bursa, a diminuição no número de linfócitos, heterófilos, relação H/L e monócitos das aves em EPC, indicando que as alterações metabólicas ocasionadas pelo estresse foram atenuadas pela dieta. No segundo EXP, a suplementação vitamínica e/ou mineral melhorou o desempenho das aves em função de um menor consumo que resultou em melhor CA, independentemente do ambiente. O EPC reduziu o peso absoluto e relativo dos órgãos linfóides, os valores de hemoglobina, aumentou o número de heterófilos e a relação H/L . As suplementações vitamínico e/ou mineral não influenciaram os parâmetros bioquímicos séricos e hematológicos dos frangos em EPC. A relação H/L foi um bom indicador de estresse, aumentando sempre que as aves estiveram estressadas, independentemente do tipo de estresse. O peso dos órgãos linfóides também pode ser considerado um bom indicador de EPC desde que não estejam sofrendo outro tipo de estresse.

Alguns resultados para equação do calor e equações de advecção-difusão

Neste trabalho, são obtidas diversas propriedades (em especial, referentes ao comportamento ao t -+ +00) das soluções u(', t) da equação linear do calor, Ut = div(AV'u), x E JRn, t > O onde A E JRnxné uma matriz constante simétrica e positiva definida, correspondentes a estados iniciais p-somáveis, i.e., u(x, O) = uo(x), Uo E LP(JRn), onde 1 :::;p < 00. Em particular, é examinado o comportamento de Ilu(., t)IILP(lRn) ao t -+ +00, mostrando-se que Ilu(., t)IILl(lRn)-+ Ikn u(x, O)dXI quando p = 1, e Ilu(-' t)IILP(lRn)-+ O quando p > 1. São analisadas, também, as taxas de decaimento e o comportamento assintótico das soluções u(', t) de equações de advecção-difusão da forma Ut + divf(u) = div(A(u)V'u), x E JRn, t > O correspondentes a estados iniciais p-somáveis e limitados, i.e., u(x, O)= uo(x), u(', O) E LP(JRn) n LOO(JRn), onde 1 :::;p :::; 2. Novamente, é examinado o comportamento de Ilu(" t)IILP(lRn)ao t -+ +00, mostrando-se que Ilu(., t)IILl(lRn)-+ Ikn u(x, O)dxl quando p = 1, e Ilu(" t)IILP(lRn)-+ O quando p > 1. Várias outras propriedades importantes são também discutidas, seguindo principalmente [Silva, 2003], [Crandall e Tartar, 1980], [Hagstrom et al., 2003], [Zingano, 1999], [Zingano, 2004a], [Zingano, 2004b].

Utilização do método de Monte Carlo na resolução de problemas de transferência de calor por radiação em cavidades que contém meio participante

Um estudo foi realizado com a finalidade principal de investigar de que maneira a teoria de transferência de calor por radiação em meios participantes pode ser melhor aplicada na resolução de problemas de troca de energia no interior de cavidades que se assemelhem a fornalhas industriais. Verificou-se que as superfícies internas da maioria das fornalhas podem ser consideradas cinzentas e difusoras, o que facilita a aplicação de modelos de soma ponderada de gases cinzas. Sendo assim, as maiores dificuldades aparecem quando a geometria da cavidade é complexa. Com o método de Monte Carlo, é possível resolver problemas com características geométricas bastante complexas, bem como considerar efeitos espectrais e direcionais, quando necessário. Este método foi, então, aplicado, em conjunto com o método da zona, na elaboração de três códigos computacionais, que são capazes de determinar áreas de troca totais em cavidades onde as paredes e o gás são cinzas. Um deles pode ser aplicado a cavidades paralelepipédicas; outro, a cilíndricas. Tanto no primeiro, quanto no segundo, as dimensões podem assumir qualquer valor. Com o terceiro código computacional, é possível obter-se áreas de troca totais entre zonas de cavidades que têm geometria genérica formada a partir de combinações de cubos. Resultados obtidos através dos três códigos computacionais foram comparados com outros disponíveis na literatura.

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.

Dia do apagão registrou pico de menções a ‘calor’ nas redes

As redes sociais “anteciparam” o pico de consumo de energia elétrica que antecedeu o apagão da última segunda-feira (19). Monitoramento realizado pela FGV-DAPP mostra que o aumento do consumo desde o início do mês coincidiu com o aumento do volume de menções a termos como “calor” e variações. Como é possível observar a partir do Gráfico 1, as duas “linhas de tendência” apontam um crescimento paralelo do consumo e das menções – não obstante algumas variações ao longo do período analisado –, com picos nos dias 12 e 19.