Análise experimental e numérica de convecção forçada em arranjo de obstáculos dentro de canal

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Análise térmica de sistema de refrigeração direta em fermentadores cilindrocônicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização da liga 6101 refinada com a adição de diferentes teores de cobre e solidificadas em molde unidirecional horizontal e em molde "U"

A liga 6101 (série 6xxx) foi modificada através da adição de cobre nos percentuais de 0,05%Cu e 0,3%Cu, e também de refinadores de grão à base de uma pré-liga Al-Ti-B. As ligas foram caracterizadas termicamente (coeficiente de transferência de calor metal/molde, Velocidade de deslocamento da isoterma liquidus e taxa de resfriamento), mecanicamente (limite de resistência à tração e módulo de tenacidade) e eletricamente (resistência, resistividade e condutividade elétrica) utilizando duas formas de vazamentos: uma sendo através de solidificação em molde unidirecional horizontal e a outra através do molde em “U”. Para a solidificação em molde unidirecional horizontal as caracterizações mostraram-se bastante influenciadas pelos refinadores de grão e pela viscosidade que o cobre exerce na eficiência do contato metal/molde das ligas, alterando significativamente suas propriedades térmicas, mecânicas e elétricas. Por outro lado, na solidificação em molde “U” as ligas foram avaliadas apenas através de caracterização mecânica e elétrica, tendo em vista a preocupação sobre as variáveis do processo de conformação da liga metálica, tais como, a avaliação da taxa de deformação, do limite de resistência a tração, da tenacidade e da resistência, resistividade e condutividade elétrica, do perfil metálico produzido, para corpos de prova de diferentes diâmetros. Para o molde em “U” houve ainda a adição e avaliação de mais duas ligas sendo a Al-0,6Mg-0,4Si-0,1Cu e Al-0,6Mg-0,4Si-0,2Cu. As propriedades mecânicas e elétricas sofreram forte influência do encruamento, do teor de cobre e das microcavidades existentes nas estruturas das ligas.

Determinação do calor específico de ligas AlCu produzidas em um dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente

O conhecimento das propriedades termofísicas é de fundamental importância para o estudo de ligas metálicas obtidas por solidificação,uma vez que esta se relaciona de forma direta com o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde. Assim, o Grupo de Pesquisa em Metalurgia e de Meio Ambiente – GAPEMM da Universidade Federal do Pará desenvolve uma linha de pesquisa que propõe um conjunto de técnicas e procedimentos que visa determiná-las. Por outro lado, sabe-se que existe uma correlação significativa entre processo, estrutura e propriedades de um material obtido por solidificação, visto que a distribuição de soluto em uma liga metálica ocorre de maneira não uniforme. A maneira como ocorre solidificação e a quantificação das variáveis envolvidas no processo têm influência fundamental nas propriedades do material. O presente trabalho utilizou ligas Al-Cu (Al-2%Cu, Al-5%Cu e Al-8%Cu) obtidas por solidificação unidirecional vertical ascendente, realizado através de um dispositivo projetado, construído e aferido pelo GAPEMM. Através destas, pretende-se fazer um estudo do calor específico à medida que a frente de solidificação se afasta da chapa molde bem como com o aumento do teor de soluto. Para isso, foi utilizada uma técnica conhecida na literatura como Lei de Resfriamento de Newton, a qual possibilita através das curvas de temperatura x tempo determinar as temperaturas necessárias para o cálculo do calor específico.

Projeto, construção e aferição de um dispositivo de solidificação unidirecional horizontal refrigerado à água

O estudo das estruturas de solidificação em função dos parâmetros térmicos é de fundamental importância para o comportamento mecânico dos materiais metálicos. Assim, tais estruturas são bastante influenciadas pelas condições de extração de calor do sistema metal/molde durante o processo de solidificação. Considerando o exposto, o principal objetivo deste trabalho é projetar, construir e aferir um dispositivo capaz de representar o processo de solidificação unidirecional horizontal refrigerado à água onde o efeito da convecção solutal é considerado. A aferição do dispositivo de solidificação em questão foi realizada através da avaliação da unidirecionalidade dos grãos colunares por meio da caracterização das macroestruturas das ligas Al-4%Cu, Sn-5%Pb, Sn-15%Pb e Sn-20%Pb. Os resultados experimentais obtidos da posição da isoterma liquidus em função do tempo são comparados com aqueles fornecidos por um modelo numérico proposto na literatura. Finalmente, é realizada uma comparação entre os valores dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde levantados no dispositivo construído, com aqueles obtidos por outros trabalhos desenvolvidos recentemente para o caso da solidificação unidirecional vertical ascendente e descendente.

Espaçamentos dendríticos primários da liga Sn-5%Pb solidificada direcionalmente em um sistema horizontal

Este trabalho desenvolve um estudo teórico-experimental sobre a correlação entre parâmetros térmicos e os espaçamentos dendríticos primários da liga Sn-5%Pb solidificada direcionalmente em um sistema horizontal sob condições transientes de extração de calor. Os perfis de temperatura foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados obtidos foram armazenados automaticamente. São apresentados resultados para o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde o qual foi calculado a partir de uma análise comparativa entre os perfis térmicos experimentais e valores teóricos fornecidos por um modelo numérico. Um método teórico-experimental é aplicado para determinar as velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e as taxas de resfriamento. Os resultados teóricos e experimentais levantados apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo é realizado entre os dados encontrados neste trabalho e aqueles apresentados na literatura para os espaçamentos dendríticos primários da liga investigada quando solidificada direcionalmente nos sistemas verticais ascendente e descendente, sob as mesmas condições assumidas neste trabalho. A análise das microestruturas indica que os espaçamentos dendríticos primários são bastante influenciados pelos parâmetros térmicos de solidificação.

Characterization of the Al-3wt.%Si alloy in unsteady-state horizontal directional solidification

The main purpose of this paper is to investigate both the columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings of Al-3wt.%Si alloy during the horizontal directional solidification. The transient heat transfer coefficient at the metal-mold interface is calculated based on comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. Simulated curve of the interfacial heat transfer coefficient was used in another numerical solidification model to determine theoretical values of tip growth rates, cooling rates and thermal gradients that are associated with both columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings. A good agreement was observed between the experimental values of these thermal variables and those numerically simulated for the alloy examined. A comparative analysis is carried out between the experimental data of this work and theoretical models from the literature that have been proposed to predict the primary dendritic spacings. In this context, this study may contribute to the understanding of how to manage solidification operational parameters aiming at designing the microstructure of Al-Si alloys.

Convecção mista em cavidades com fontes de calor aletadas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sugars Electrooxidation at Glassy Carbon Electrode Decorate with Multi-Walled Carbon Nanotubes with Nickel Oxy-Hydroxide

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Influence of nanoparticle size and gap size on nucleate boiling using HFE7100

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Development and application of a screen-printed electrode modified with MWCNT for the electrocatalytic detection of thiram

Interest in the electronic properties of carbon nanotubes has increased in recent years. These materials can be used in the development of electrochemical sensors for the measurement and monitoring of analytes of environmental interest, such as pharmaceuticals, dyes, and pesticides. This work describes the use of homemade screen-printed electrodes modified with multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) for the electrochemical detection of the fungicide thiram. The electrochemical characteristics of the proposed system were evaluated using cyclic voltammetry, with investigation of the electrochemical behavior of the sensor in the presence of the analyte, and estimation of electrochemical parameters including the diffusion coefficient, electron transfer coefficient (α), and number of electrons transferred in the catalytic electro-oxidation. The sensor response was optimized using amperometry. The best sensor performance was obtained in 0.1 mol L-1 phosphate buffer solution at pH 8.0, where a detection limit of 7.9 x 10-6 mol L-1 was achieved. Finally, in order to improve the sensitivity of the sensor, square wave voltammetry (SWV) was used for thiram quantification, instead of amperometry. Using SWV, a response range for thiram from 9.9 x 10-6 to 9.1 x 10-5 mol L-1 was obtained, with a sensitivity of 30948 µA mol L-1, and limits of detection and quantification of 1.6 x 10-6 and 5.4 x 10-6 mol L-1, respectively. The applicability of this efficient new alternative methodology for thiram detection was demonstrated using analyses of enriched soil samples.

Modelo distribuído aplicado à análise de evaporadores do tipo tubo aletado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Flow Boiling Characteristics for R1234ze(E) in 1.0 and 2.2 mm Circular Channels

Experimental flow boiling heat transfer results are presented for horizontal 1.0 and 2.2 mm I. D. (internal diameter) stainless steel tubes for tests with R1234ze(E), a new refrigerant developed as a substitute for R134a with a much lower global warming potential (GWP). The experiments were performed for these two tube diameters in order to investigate a possible transition between macro and microscale flow boiling behavior. The experimental campaign includes mass velocities ranging from 50 to 1500 kg/m(2) s, heat fluxes from 10 to 300 kW/m(2), exit saturation temperatures of 25, 31 and 35 degrees C, vapor qualities from 0.05 to 0.99 and heated lengths of 180 mm and 361 mm. Flow pattern characterization was performed using high speed videos. Heat transfer coefficient, critical heat flux and flow pattern data were obtained. R1234ze(E) demonstrated similar thermal performance to R134a data when running at similar conditions. [DOI: 10.1115/1.4004933]

The uncertain consequences of transferring bacterial strains between laboratories - rpoS instability as an example

Abstract Background Microbiological studies frequently involve exchanges of strains between laboratories and/or stock centers. The integrity of exchanged strains is vital for archival reasons and to ensure reproducible experimental results. For at least 50 years, one of the most common means of shipping bacteria was by inoculating bacterial samples in agar stabs. Long-term cultures in stabs exhibit genetic instabilities and one common instability is in rpoS. The sigma factor RpoS accumulates in response to several stresses and in the stationary phase. One consequence of RpoS accumulation is the competition with the vegetative sigma factor σ70. Under nutrient limiting conditions mutations in rpoS or in genes that regulate its expression tend to accumulate. Here, we investigate whether short-term storage and mailing of cultures in stabs results in genetic heterogeneity. Results We found that samples of the E. coli K-12 strain MC4100TF exchanged on three separate occasions by mail between our laboratories became heterogeneous. Reconstruction studies indicated that LB-stabs exhibited mutations previously found in GASP studies in stationary phase LB broth. At least 40% of reconstructed stocks and an equivalent proportion of actually mailed stock contained these mutations. Mutants with low RpoS levels emerged within 7 days of incubation in the stabs. Sequence analysis of ten of these segregants revealed that they harboured each of three different rpoS mutations. These mutants displayed the classical phenotypes of bacteria lacking rpoS. The genetic stability of MC4100TF was also tested in filter disks embedded in glycerol. Under these conditions, GASP mutants emerge only after a 3-week period. We also confirm that the intrinsic high RpoS level in MC4100TF is mainly due to the presence of an IS1 insertion in rssB. Conclusions Given that many E. coli strains contain high RpoS levels similar to MC4100TF, the integrity of such strains during transfers and storage is questionable. Variations in important collections may be due to storage-transfer related issues. These results raise important questions on the integrity of bacterial archives and transferred strains, explain variation like in the ECOR collection between laboratories and indicate a need for the development of better methods of strain transfer.

CFD modeling of two-phase boiling flows in the slug flow regime with an interface capturing technique

The objective of this thesis was to improve the commercial CFD software Ansys Fluent to obtain a tool able to perform accurate simulations of flow boiling in the slug flow regime. The achievement of a reliable numerical framework allows a better understanding of the bubble and flow dynamics induced by the evaporation and makes possible the prediction of the wall heat transfer trends. In order to save computational time, the flow is modeled with an axisymmetrical formulation. Vapor and liquid phases are treated as incompressible and in laminar flow. By means of a single fluid approach, the flow equations are written as for a single phase flow, but discontinuities at the interface and interfacial effects need to be accounted for and discretized properly. Ansys Fluent provides a Volume Of Fluid technique to advect the interface and to map the discontinuous fluid properties throughout the flow domain. The interfacial effects are dominant in the boiling slug flow and the accuracy of their estimation is fundamental for the reliability of the solver. Self-implemented functions, developed ad-hoc, are introduced within the numerical code to compute the surface tension force and the rates of mass and energy exchange at the interface related to the evaporation. Several validation benchmarks assess the better performances of the improved software. Various adiabatic configurations are simulated in order to test the capability of the numerical framework in modeling actual flows and the comparison with experimental results is very positive. The simulation of a single evaporating bubble underlines the dominant effect on the global heat transfer rate of the local transient heat convection in the liquid after the bubble transit. The simulation of multiple evaporating bubbles flowing in sequence shows that their mutual influence can strongly enhance the heat transfer coefficient, up to twice the single phase flow value.