Análise computacional dos campos de velocidade e temperatura do ambiente interno da usina termelétrica Santana - Amapá

A simulação numérica do escoamento de ar em ambientes internos é na atualidade o método mais apropriado para análise de conforto térmico em ambientes internos. O escoamento de ar nesses ambientes configura-se como um escoamento complexo, pois, em regra geral, é uma combinação de escoamentos cisalhantes livres (jatos) e cisalhantes de parede, além disso, esses escoamentos são governados por forças de inércia e forças de empuxo, caracterizando-o como de convecção mista. A combinação desses mecanismos cria um escoamento com características complexas, como zonas de recirculação, vórtices, descolamento e recolamento de camada-limite dentre outras. Portanto, a precisão da solução estará diretamente ligada, principalmente, na habilidade do modelo de turbulência adotado de reproduzir as características turbulentas do escoamento de ar e da transferência térmica. O objetivo principal do presente trabalho foi a simulação computacional do ambiente térmico interno do galpão que abriga os geradores e motores Wärtzilä da Usina Termelétrica Santana no estado do Amapá. A formulação matemática baseada na solução das equações gerais de conservação inclui uma análise dos principais modelos de turbulência aplicados ao escoamento de ar em ambientes internos, assim como os processos de transferência de calor associados. Na modelagem numérica o método de volumes finitos é usado na discretização das equações de conservação, através do código comercial Fluent-Airpak, que foi usado nas simulações computacionais para a análise dos campos de velocidade e temperatura do ar. A utilização correta do programa computacional foi testada e validada para o problema através da simulação precisa de casos retirados da literatura. Os resultados numéricos foram comparados a dados obtidos de medições experimentais realizados no galpão e apresentou boa concordância, considerando a complexidade do problema simulado, o objetivo da simulação em face da diminuição da temperatura no interior do galpão e, também, em função das limitações encontradas quando da tomada das medições experimentais. Além disso, foram feitas simulações de estratégias de melhoria do ambiente térmico da Usina, baseadas na realidade levantada e nos resultados da simulação numérica. Finalmente, foram realizadas simulações do protótipo de solução proposto para a diminuição da temperatura interna do galpão o que possibilitará um aumento, na faixa de 20 a 30%, do tempo de permanência no interior do galpão.

Influência da convecção termossolutal nos espaçamentos dendríticos primários durante a solidificação direcional horizontal de ligas Sn-Pb

Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre os efeitos da convecção termossolutal sobre os espaçamentos dendríticos primários de ligas hipoeutéticas Sn-Pb. Assim, um dispositivo experimental de configuração horizontal refrigerado a água foi construído e amostras do referido sistema de ligas foram solidificadas direcionalmente sob condições transientes de extração de calor. Um método teórico-experimental é aplicado para determinar as velocidades de deslocamento da isoterma liquidus, os gradientes térmicos e as taxas de resfriamento. São também apresentados resultados para os respectivos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde os quais foram calculados a partir de uma análise comparativa realizada entre os perfis experimentais de temperatura e valores teóricos fornecidos por um método numérico baseado em volumes finitos. Alguns modelos teóricos para a previsão dos espaçamentos dendríticos primários são comparados com os resultados experimentais obtidos. Finalmente, um estudo comparativo é realizado entre resultados encontrados neste trabalho e aqueles apresentados na literatura para os espaçamentos dendríticos primários das ligas Sn-Pb investigadas quando solidificadas direcionalmente nos sistemas verticais ascendente e descendente, sob as mesmas condições. A análise das microestruturas indica que os espaçamentos dendríticos primários são bastante influenciados pela direção de crescimento do sólido.

Influência da convecção termossolutal na transição colunar/equiaxial em ligas Al-Si sob condições unidirecionais e transitórias de extração de calor

A relação entre macroestrutura e propriedades mecânicas de um material tem sido objeto de intensa investigação pois o tamanho dos grãos, a orientação cristalina e a distribuição dos mesmos exercem influência direta no comportamento mecânico dos produtos acabados. Assim, o entendimento dos fatores que influenciam a formação das zonas estruturais coquilhada, colunar e equiaxial nos materiais fundidos como, por exemplo, o sistema de liga, composição da liga, temperatura de vazamento, temperatura do molde, material do molde, coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde, taxa de resfriamento, gradientes térmicos, dimensão da peça, presença de convecção no líquido, transporte de soluto, etc é de fundamental importância para a melhoria da eficiência do processo de fundição envolvido. Com base no conhecimento dos princípios termofísicos em que essas zonas são formadas, é possível manipular de forma bastante razoável a estrutura dos produtos fundidos e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas dos mesmos. Tendo como principal foco a análise da mudança da zona colunar para a equiaxial, este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre a transição colunar/equiaxial (TCE) das ligas hipoeutéticas Al- 3%Si, Al-7%Si Al-9%Si solidificadas unidirecionalmente em um dispositivo horizontal refrigerado a água sob condições transientes de fluxo de calor. A condição de contato térmico na superfície de extração de calor foi padronizada como sendo polida. Os perfis térmicos foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados foram armazenados automaticamente. Um método numérico é utilizado na determinação de variáveis térmicas de solidificação como coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (h_i), velocidades das isotermas liquidus (V_L), gradientes térmicos (G_L) e taxas de resfriamento (T_R) que influenciam diretamente a referida transição estrutural. Os resultados teóricos e experimentais apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e valores propostos na literatura para analisar a TCE durante a solidificação unidirecional vertical ascendente sob condições transientes de extração de calor das ligas investigadas, também é apresentado.

The columnar to equiaxed transition of horizontal unsteady-state directionally solidified Al-Si alloys

Experiments were conducted to investigate the influence of thermal parameters on the columnar to equiaxed transition during the horizontal unsteady-state directional solidification of Al-Si alloys. The parameters analyzed include the heat transfer coefficients, growth rates, cooling rates, temperature gradients and composition. A combined theoretical and experimental approach is developed to determine the solidification thermal variables considered. The increasing solute content in Al-Si alloys was not found to affect significantly the experimental position of the CET which occurred for cooling rates in the range between 0.35 and 0.64 K/s for any of three alloy compositions examined. A comparative analysis between the results of this work and those from the literature proposed to analyze the CET during upward vertical solidification of Al-Si alloys is reported and the results have shown that the end of the columnar region during horizontal directional solidification is abbreviated as a result of about six times higher thermal gradient than that verified during upward unidirectional solidification of alloys investigated.

Estudo experimental de chamas difusivas livres turbulentas de gás natural submetidas a oscilações acústicas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelagem teórico-experimental de sistemas suspensos de secagem doméstica de vestuários

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Diagnóstico Físico Conservacionista de 10 Microbacias do Rio Capivara – Botucatu (SP), Visando O Uso Racional do Solo

A região onde está inserida a área de estudo, tem sofrido explorações predatórias e má utilização do solo. Áreas antes ocupadas por cerrados, campos sujo e limpo foram substituídas pelos reflorestamentos com eucalipto, devido aos incentivos fiscais e a instalação de companhias reflorestadoras na região, pelo baixo valor das terras e baixa fertilidade do solo; mas com um grande potencial para o desenvolvimento de essências florestais. O presente trabalho visou a elaboração do Diagnóstico Físico Conservacionista da bacia do rio Capivara - Botucatu (SP), baseada no parâmetro ambiental “Coeficiente de Rugosidade”, tendo-se por unidade de estudo 10 microbacias. Os resultados obtidos com a metodologia utilizada, no estudo da bacia do rio Capivara - Botucatu (SP), para o diagnóstico físico conservacionista permitiram mostrar que o grau de deterioração físico ambiental para a bacia foi 44,34%, muito acima do limite de 10% aceitável. O alto valor do grau de deterioração, provavelmente, foi devido ao mau uso da terra que vem provocando erosões, assoreamentos de reservatórios e cursos d’águas. O parâmetro ambiental médio “coeficiente de rugosidade” para as dez microbacias do rio Capivara, permitiu classificá-las para utilização com agricultura e urbanização, pecuária e reflorestamento; ou seja, indicou que a vocação principal desta é para uso com pecuária (Classe B); as classes de declive de 0 a 12% (Classe III) e de 12 a 20% (Classe IV), respectivamente, predominaram em 62,95% e 27,00% da área total das microbacias estudadas, ocorrendo em na sua maior parte nas unidades de solo LVA (46,56%) e RQ (19,86%). A predominância de florestas, capoeiras e pastagens nas microbacias, provavelmente é reflexo da predominância de solos de baixa fertilidade. - As imagens do Sensor TM do LANDSAT 5, permitiram o mapeamento do uso da terra da bacia de maneira rápida, que segundo o índice Kappa foi de boa qualidade (0,45), além de fornecer um banco de dados para futuros planejamentos nessa área. O SIG - IDRISI permitiu constatar através de seus diferentes módulos para georreferenciamento, classificação digital do uso da terra e modelo matemático, as áreas de uso da terra com rapidez. Os parâmetros, coeficientes de forma e circularidade mostraram que as microbacias apresentam baixo perigo de enchentes devido ao seu formato, bem como, o coeficiente de rugosidade permitiu classificar as microbacias 1, 2, 3, 4 e 8 com vocação para agricultura; as 6 e 7 para pecuária; a 5 para pecuária e reflorestamento e as 9 e 10 para floresta e reflorestamento.

Termografia infravermelho na estimativa de conforto térmico de frangos de corte

Poultry facilities must provide an environment that ensures thermal comfort allowing the animal to express its genetic potential for production; and new tools are being applied to measure the thermal comfort, especially thermal cameras. The objective of this study was to evaluate the association of the surface temperature of the birds with those from the facilities, and estimate the sensible heat transfer. For this, the thermal conditions of rearing in two aviaries with different ventilation systems, during the period of March to April 2011 were recorded. The aviaries were divided into six quadrants for the registration of surface temperatures obtained using an infrared thermal camera. In each quadrant the ambient temperature, relative humidity and wind velocity during the obtention of images were also recorded. It was observed that the surface temperatures of birds are associated with the surface temperature of the rearing facilities (side curtains, roof and litter). In aviary with negative pressure higher wind speeds compared to the conventional one were recorded and; therefore, allowed a higher sensible heat transfer by birds, suggesting that this provided better conditions for thermal comfort.

Análise de estruturas reticuladas utilizando o software excel pelo método dos elementos finitos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Análise experimental e desenvolvimento de um modelo numérico simplificado para um trocador de calor compacto para resfriamento de componentes eletrônicos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

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)

Equivalence between the application of entransy and entropy generation

Recently, a group of researchers proposed the concept of entransy by analogy with the electrical energy stored in a capacitor, the entransy being a measure of the ability of a body or a system to transfer heat. In comparative terms, the entransy dissipation rate is related with the loss of heat transfer ability just like the exergy destruction rate is proportional to the loss of work ability, being these losses caused by the irreversibilities related to the thermodynamic processes. Some authors have questioned the need for the concept of entransy, claiming that this concept is only an extension of a well established theory of heat transfer. The objective of this work is show the equivalence between the application of the concepts of entransy and entropy generation rate, which can be verified using various application examples. The application examples used here are the thermodynamic modeling of three physical models of solar energy collectors and a physical model of a sensible heat storage system. Analytical results are shown and compared. The results showed that the application of the concept of entransy provided identical expressions obtained by the concept of entropy generation, indicating a duplication of concepts. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Estudo e modelagem 3D de um cabeçote para um motor monocilíndrico, 400cc, 4 T

The cylinder head contains the combustion chamber for the air-fuel mixture and the intake and exhaust valves, the valve guide and the valve seat. The cylinder head also is a support for the camshaft and valve rocker. The holes where the spark plugs are connected are designed to fit the better place in the combustion chamber. The cylinder heads often are manufactured using materials such as aluminum and cast iron. The cooling fins located in the outside of the cylinder head are designed for a good heat transfer and therefore their dimensions and positioning are important. This work aims the calculation for a cylinder head to be installed in a 400 cc displacement, gasoline powered, four stroke, single cylinder engine. According to the displacement it will be analyzed the combustion chamber, the intake and exhaust valves, as well as the camshaft and rocker arms. This also a work to help to accomplish the design of a single cylinder engine, where the alternatives parts, cylinder block and crankcase are all already machined and assembled in this campus

Concepção e simulação de uma chaminé solar

The present work intends to study some fluid dynamic and heat transfer aspects of a solar chimney, aiming at a preliminary design of a facility. Some definitions and concepts of this system are presented. The simulation was performed based on a theoretical model validated with measurements of a prototype in Manzanares, Spain. Using the same theoretical model and some considerations, dimensions on a small scale are applied, making the model more interesting from its constructive aspect. The results show the behavior of the air velocity inside the chimney and illustrate some values of two preselected turbines. This technology looks promising in Brazilian territory due to high levels of solar radiation

Análise teórica e simulação computacional de um sistema de resfriamento líquido de processadores de computadores pessoais

This paper aims to study the thermal aspects involved in a liquid cooling system for processors, analyzing their competitiveness and efficiency across the fins and fan system usually used by personal computers, because electronic components become more potent and consequently current methods of cooling are becoming ineffective. The liquid cooling system and air cooling system have different heat transfer mechanisms that involve mainly convection and conduction heat transfer modes, and, furthermore, requires an analysis of fluid dynamics, which can evaluate the losses involved in the closed system, consisting in an exchanger heat pipe and water blocks in liquid cooling system or heat sink and turbo-axial fan in the air cooling system