Balanço de radiação e energia da cultura de alface em estufa de polietileno

Objetivou-se, neste trabalho, determinar os balanços de radiação e energia da cultura de alface (Lactuca sativa, L. cv. Verônica) em estufa de polietileno. O experimento foi realizado em uma estufa tipo túnel alto com cobertura de polietileno (100 mim de espessura) e em uma área externa, ambas com 35 m². Durante o ciclo da cultura, foram monitoradas as radiações global e refletida, saldo de radiação, fluxo de calor no solo e temperatura do ar (seca e úmida) nos dois meios. Utilizou-se um Datalogger que operou na freqüência de 1 Hz, armazenando médias de cinco minutos. A partir das integrações diárias das irradiâncias global (K¯) e refletida (K­), verificou-se que a transmissividade média da radiação global (K¯in / K¯ex) foi aproximadamente constante, em torno de 79,59%, enquanto a razão das radiações refletidas (K­in / K­ex) foi igual a 69,21% com coeficiente de variação de 8,47%. As curvas normalizadas do saldo de radiação de ondas curtas em relação à radiação global (K* / K¯), nos dois meios, mostraram ser aproximadamente constantes no início do ciclo e decrescentes no final. A relação (Rn/ K¯) foi maior no meio externo, em torno de 12%, a partir da fase em que a superfície verde da cultura cobriu o solo. O balanço médio (L*) de radiação de ondas longas foi maior no exterior, em torno de 50%. O balanço de energia, estimado em termos de fluxos verticais, mostrou, em média, que: no exterior, 83,07% do saldo de radiação foi convertido em calor latente (LE), 18,00% em fluxo de calor no solo (G) e 9,96% em calor sensível (H), enquanto que, no interior da estufa, 58,71% do saldo de radiação foi convertido em LE, 42,68% em H e 28,79% em G.

Resposta térmica de um compósito PEEK+PTFE+Fibra de carbono+grafite

Composites based on PEEK + PTFE + CARBON FIBER + Graphite (G_CFRP) has increased application in the top industries, as Aerospace, Aeronautical, Petroleum, Biomedical, Mechanical and Electronics Engineering challenges. A commercially available G_CFRP was warmed up to three different levels of thermal energy to identify the main damage mechanisms and some evidences for their intrinsic transitions. An experimental test rig for systematize a heat flux was developed in this dissertation, based on the Joule Effect. It was built using an isothermal container, an internal heat source and a real-time measurement system for test a sample by time. A standard conical-cylindrical tip was inserted into a soldering iron, commercially available and identified by three different levels of nominal electrical power, 40W (manufacturer A), 40W (manufacturer B), 100W and 150W, selected after screening tests: these power levels for the heat source, after one hour of heating and one hour of cooling in situ, carried out three different zones of degradation in the composite surface. The bench was instrumented with twelve thermocouples, a wattmeter and a video camera. The twelve specimens tested suffered different degradation mechanisms, analyzed by DSC (Differential Scanning Calorimetry) and TG (Thermogravimetry) techniques, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy-Dispersive X-Rays (EDX) Analysis. Before and after each testing, it was measured the hardness of the sample by HRM (Hardness Rockwell M). Excellent correlations (R2=1) were obtained in the plots of the evaporated area after one hour of heating and one hour of cooling in situ versus (1) the respective power of heat source and (2) the central temperature of the sample. However, as resulting of the differential degradation of G_CFRP and their anisotropy, confirmed by their variable thermal properties, viscoelastic and plastic properties, there were both linear and non-linear behaviour between the temperature field and Rockwell M hardness measured in the radial and circumferential directions of the samples. Some morphological features of the damaged zones are presented and discussed, as, for example, the crazing and skeletonization mechanism of G_CFRP

Estimativa da evapotranspiração espacial em uma região semiárida utilizando sensoriamento remoto

With the need to deploy management and monitoring systems of natural resources in areas susceptible to environmental degradation, as is the case of semiarid regions, several works have been developed in order to find effective models and technically and economically viable. Therefore, this study aimed to estimate the daily actual evapotranspiration (ETr) through the application of the Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL), from remote sensing products, in a semiarid region, Seridó of the Rio Grande do Norte, and do the validation of these estimates using ETr values obtained by the Penman-Monteith (standard method of the Food and Agriculture Organization-FAO). The SEBAL is based on energy balance method, which allows obtaining the vertical latent heat flux (LE) with orbital images and, consequently, of the evapotranspiration through the difference of flows, also vertical, of heat in the soil (G), sensitive heat (H) and radiation balance (Rn). The study area includes the surrounding areas of the Dourado reservoir, located in the Currais Novos/RN city. For the implementation of the algorithm were used five images TM/Landsat-5. The work was divided in three chapters in order to facilitate a better discussion of each part of the SEBAL processing, distributed as follows: first chapter addressing the spatio-temporal variability of the biophysical variables; second chapter dealing with spatio-temporal distribution of instant and daily radiation balance; and the third chapter discussing the heart of the work, the daily actual evapotranspiration estimation and the validation than to the study area

Nonlinear parameter estimation in laminar forced convection within a circular sector tube

In this article we examine an inverse heat convection problem of estimating unknown parameters of a parameterized variable boundary heat flux. The physical problem is a hydrodynamically developed, thermally developing, three-dimensional steady state laminar flow of a Newtonian fluid inside a circular sector duct, insulated in the flat walls and subject to unknown wall heat flux at the curved wall. Results are presented for polynomial and sinusoidal trial functions, and the unknown parameters as well as surface heat fluxes are determined. Depending on the nature of the flow, on the position of experimental points the inverse problem sometimes could not be solved. Therefore, an identification condition is defined to specify a condition under which the inverse problem can be solved. Once the parameters have been computed it is possible to obtain the statistical significance of the inverse problem solution. Therefore, approximate confidence bounds based on standard statistical linear procedure, for the estimated parameters, are analyzed and presented.

Um Modelo para a Determinação do Equilíbrio Térmico de Bovinos em Ambientes Tropicais

An equation based on heat transfer theory was presented to estimate the rate of heat loss from cattle exposed to a tropical environment, specified by the air temperature, humidity, solar radiation, and wind speed. The animals' variables (sweating rate, rectal temperature, respiratory rate, surface temperature, haircoat color, and body weight) were considered together with environmental variables (air temperature and humidity, solar radiation, wind speed, and globe temperature). The equation allows the prediction of (a) the metabolic heat production level necessary to balance heat losses under specified environmental conditions; (b) the combination of environmental factors that provide a determined heat flux between a given animal and its environment.

Application of landsat images for quantifying the energy balance under conditions of land use changes in the semi-arid region of Brazil

In the Nilo Coelho irrigation scheme, Brazil, the natural vegetation has been replaced by irrigated agriculture, bringing importance for the quantification of the effects on the energy exchanges between the mixed vegetated surfaces and the lower atmosphere. Landsat satellite images and agro-meteorological stations from 1992 to 2011 were used together, for modelling these exchanges. Surface albedo (α0), NDVI and surface temperature (T0) were the basic remote sensing retrieving parameters necessary to calculate the latent heat flux (λE) and the surface resistance to evapotranspiration (rs) on a large scale. The daily net radiation (Rn) was obtained from α0, air temperature (Ta) and short-wave transmissivity (τsw) throughout the slob equation, allowing the quantification of the daily sensible heat flux (H) by residual in the energy balance equation. With a threshold value for rs, it was possible to separate the energy fluxes from crops and natural vegetation. The averaged fractions of Rn partitioned as H and λE, were in average 39 and 67%, respectively. It was observed an increase of the energy used for the evapotranspiration process inside irrigated areas from 51% in 1992 to 80% in 2011, with the ratio λE/Rn presenting an increase of 3 % per year. The tools and models applied in the current research, can subsidize the monitoring of the coupled climate and land use changes effects in irrigation perimeters, being valuable when aiming the sustainability of the irrigated agriculture in the future, avoiding conflicts among different water users. © 2012 SPIE.

Modelagem térmica para avaliação da temperatura no fresamento de aços para moldes e matrizes

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Regimes térmico e hídrico em solos sob ecossistemas naturais e área agrícola no Leste da Amazônia

A temperatura e umidade do solo são variáveis cujo conhecimento é fundamental para determinar os balanços de energia e água na biosfera. Os regimes térmico e hídrico dos solos sob cada ecossistema apresentam variações consideráveis, de acordo com sua mineralogia, o clima local e a vegetação. Nesse contexto, as temperaturas e umidades do solo foram medidas sob três ecossistemas existentes na região leste da Amazônia, a saber: floresta nativa (FLONA Caxiuanã, 01° 42' 30" S e 51° 31' 45" W), pastagem nativa (Soure, 00° 43' 25" S e 48° 30' 29" W) e área agrícola (!garapé-Açu, 01° 07' 59" S e 47° 36' 55" W). Os dados de campo na floresta e na pastagem foram coletados entre dezembro de 2001 e fevereiro de 2005; enquanto que na área agrícola, o monitoramento foi limitado de agosto de 2003 a fevereiro de 2005. Estas observações das variáveis físicas do solo foram analisadas levando em consideração as variáveis meteorológicas medidas simultaneamente tais como o fluxo de radiação solar incidente e a precipitação pluviométrica, que interferem diretamente nas variáveis do solo em cada sitio escolhido para estudo. As temperaturas do solo foram monitoradas por meio de sondas térmicas em profundidades de 0,05; 0,20 e 0,50 m. Fluxímetros de calor mediram esta variável em níveis de profundidade em 0,05 e 0,20 m. A umidade volumétrica do solo na camada superior de 0,30 m foi medida por sensor de sonda dupla por Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR) em cada sitio. Foram feitas analises considerando as respostas do solo durante o período seco e chuvoso local, nestes três ecossistemas representativos do leste da Amazônia. Estimativas de difusividade térmica aparente do solo foram feitas pelos métodos da amplitude e da fase usando os dados de propagação do pulso diário de calor nesses solos. Os resultados mostraram valores bem diferentes, porém,no primeiro método pareceu mais confiável e adequado para o modelamento numérico. Como esperado, considerando a sua pouca cobertura vegetal, as temperaturas dos solos nos níveis superficiais, apresentaram grandes variações na pastagem e na área agrícola. Inesperadamente, as temperaturas na profundidade de 0,5 m abaixo da floresta mostraram maiores variações de amplitude que as profundidades de 0,20 e 0,05 m. O modelamento numérico das variações temporais da temperatura, em função da profundidade, para cada solo foi feito através do método harmônico Os resultados mostraram que o primeiro harmônico representou mais de 90% da variação total observada do pulso diário da temperatura da pastagem e área agrícola em 0,2 e 0,05 m de profundidade. Performance similar do modelamento foi observada na floresta nos níveis de 0,05 e 0,20 m. A magnitude dos fluxos de calor abaixo da pastagem e área agrícola atingiram valores seis vezes maiores que aqueles observados sob a floresta. Os resultados mostraram que, para a camada do solo superior de 0,30 m, a umidade volumétrica do solo sob a floresta é maior que sob os outros ecossistemas estudados neste trabalho. Este resultado é devido aparentemente; à proteção da floresta contra a evaporação da superfície do solo. Uma análise do comportamento sazonal e diário das temperaturas e umidade solos em resposta à radiação solar e precipitação é apresentada. Estudos de caso da taxa de perda da umidade do solo depois de significativa recarga de água por eventos de precipitação, também foram analisados. Algumas estimativas diárias de diminuição de água e recarga durante a noite e madrugada por subida de água de camadas subjacentes para a camada de 0.30 m foram feitas. Este trabalho analisou a maior serie temporal dos dados de temperatura e umidade dos solos coletados com alta freqüência de amostragem disponível até o momento, para o leste da Amazônia. Foi possível caracterizar as diferenças dos regimes destas variáveis físicas, abaixo de três ecossistemas importantes desta região. Estudos futuros dos minerais e materiais orgânicos nestes solos, bem como dos índices de área foliar e da biomassa das coberturas vegetais desses ecossistemas, melhoraria a compreensão dos regimes descritos neste trabalho.

Geotermia rasa em Belém

Um estudo detalhado de geotermia rasa foi realizado no intervalo de profundidade de 0,02 a 210,0 m, na região metropolitana de Belém. As medidas de temperatura foram efetuadas com o uso de termômetros de mercúrio e termistor, enquanto as medidas de condutividade térmica foram feitas em testemunhos de sondagem, utilizando-se o aparato tipo agulha. O fluxo de radiação solar incidente foi registrado com um actinógrafo do tipo Robitzech. O gradiente geotérmico médio obtido na região metropolitana de Belém foi de 0,0254 ± 0,0007 °C.m^-1. O valor médio de condutividade térmica dos testemunhos de sondagem coletados nesta região foi de 1,66 ± 0,52 W.m^-1.°C^-1. Por sua vez, o fluxo geotermal médio na região estudada é de 42,16 ± 1,14 mW.m^-2. A 1,0 m de profundidade ocorrem mudanças temporais nos valores de temperatura, as quais não podem ser consideradas como desprezíveis. Estas, mudanças estão diretamente relacionadas com as variações do fluxo de radiação solar incidente na superfície. O maior incremento deste fluxo, observado de um dia para o outro, foi de cerca de 30 W.m^-2, o que correspondeu a um aumento de temperatura a 1,0 m de profundidade da ordem de 0,22° C. Os perfis de temperatura obtidos durante este trabalho apresentaram deriva em sentidos alternados, durante o ciclo de período de um ano. Os perfis geotérmicos rasos são caracterizados por uma zona de fluxo de calor nulo, denominada "cotovelo", a partir da qual os valores de temperatura crescem com o aumento da profundidade. A profundidade do cotovelo é fundamentalmente influenciada pelo fluxo de calor gerado pela radiação solar incidente na superfície da área em estudo. Elaborou-se um modelo de evolução temporal o qual representa a estrutura térmica e suas variações, da zona compreendida de 0,02 a 10,0 m de profundidade. Os resultados oriundos deste modelo de transferência de calor por condução foram comparados com os obtidos em trabalhos de campo. Observa-se uma boa concordância entre esses resultados. Porém, o ajuste numérico é mais evidente para o período de setembro a fevereiro. Este modelamento poderá ser utilizado também para previsões de deriva dos perfis geotérmicos, desde que sejam conhecidos, a priori, os valores correspondentes às temperaturas médias mensais na superfície, o gradiente geotérmico regional e um dado perfil geotérmico. Este trabalho comprova que o fluxo de radiação solar incidente na superfície é a principal fonte de influência sobre os perfis geotérmicos rasos. A profundidade máxima dessa influência depende principalmente da magnitude desse fluxo, do grau de proteção superficial à incidência direta da radiação e da litologia do local em estudo.

Balanço de energia e fluxos turbulentos associados à fatores físico-químicos da água na baía de Caxiuanã

Investigar o comportamento do balanço de energia sobre superfícies aquáticas ainda é um desafio cientifico, pois são raros estudos disponíveis neste tipo de superfície. A flona de Caxiuanã há vários anos se tornou um grande objeto de estudo para diversos ramos da ciência, que servem de suporte para região amazônica. Dentre esses encontra-se a micrometeorologia, que aborda entre seus principais tópicos de interesse os fenômenos de troca de energia e massa na interface superfície-atmosfera. Visando suprir essa carência de informações, no presente estudo foram analisadas as variações horárias e sazonais das componentes do balanço de energia, como fluxo de calor latente e de calor sensível. Com o auxilio de variáveis meteorológicas tais como precipitação, temperatura do ar, velocidade e direção do vento além de parâmetros físico-químicos da água (albedo, nível de maré, turbidez, temperatura da água, carbono orgânico e inorgânico total) verificou-se o papel de cada uma dessas variáveis no fechamento do balanço de energia sobre uma superfície aquática na baia de Caxiuanã. Uma peculiaridade apresentada pela baia de Caxiuanã foi a temperatura da água estar sempre com valores superiores à temperatura do ar, demonstrando que a baia consegue reter grande quantidade de calor durante o dia, e não perde a maior parte deste calor para a atmosfera durante a noite. O carbono orgânico total presente nas águas da baia apresentou redução da concentração ao longo do período de estudo. O fluxo de calor latente (LE) mostrou ser a componente dominante do balanço de energia, apresentando valor médio de 200 W.m^-2 durante a maior parte do período de estudo, e o fluxo de calor sensível (H) apresentou valor máximo em Maio, cerca de 50 W.m^-2. Os valores negativos de H durante período noturno demonstram que a baia está perdendo calor para o ambiente, isto é, a mesma esta atuando como fonte calor para atmosfera adjacente, inclusive para a floresta.

Avaliação da dinâmica temporal da evaporação no reservatório de Itumbiara, GO, utilizando dados obtidos por sensoriamento remoto

The object of this work was to study the dynamics of evaporation in the Itumbiara reservoir, located in Central Brazil, using MODIS-derived water surface temperature (product MOD11A1) and meteorological data acquired over the water surface. The evaporation rates were derived from latent heat flux, estimated through a mass transfer model. The estimates were carried out for the period between 1/1/2010 and 31/12/2010. The results showed that evaporation rate tends to increase from January to September and then decrease from September to December. The evaporation rate reached values near 20 mm day-1 in Itumbiara reservoir during the dry season in 2010. The mean evaporation rate for the wet season was 3.66 mm day-1 and 8.25 mm day-1 for the dry season. The total water volume evaporated from Itumbiara reservoir during 2010 was estimated at about 1.7 billion m³ (2,300 mm) which represents 10% of total reservoir volume. The results suggest that advection is the main transport mechanism which drives the evaporation in Itumbiara. The convective processes contribute secondarily to evaporation in Itumbiara reservoir.

Modeling heat transfer in die milling

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

Análise térmica do processo de retificação plana sob diferentes condições de lubrificação utilizando técnicas de transferência de calor reversa

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Transferência de calor inversa do método convencional e do otimizado de lubri-refrigeração na retificação plana tangencial

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Surface modification of polymeric materials by cold atmospheric plasma jet

In this work we report the surface modification of different engineering polymers, such as, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE) and polypropylene (PP) by an atmospheric pressure plasma jet (APPJ). It was operated with Ar gas using 10 kV, 37 kHz, sine wave as an excitation source. The aim of this study is to determine the optimal treatment conditions and also to compare the polymer surface modification induced by plasma jet with the one obtained by another atmospheric pressure plasma source the dielectric barrier discharge (DBD). The samples were exposed to the plasma jet effluent using a scanning procedure, which allowed achieving a uniform surface modification. The wettability assessments of all polymers reveal that the treatment leads to reduction of more than 40 degrees in the water contact angle (WCA). Changes in surface composition and chemical bonding were analyzed by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier-Transformed Infrared spectroscopy (FTIR) that both detected incorporation of oxygen-related functional groups. Surface morphology of polymer samples was investigated by Atomic Force Microscopy (AFM) and an increase of polymer roughness after the APPJ treatment was found. The plasma-treated polymers exhibited hydrophobic recovery expressed in reduction of the O-content of the surface upon rinsing with water. This process was caused by the dissolution of low molecular weight oxidized materials (LMWOMs) formed on the surface as a result of the plasma exposure. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.