The role of lateral ocean physics in the upper ocean thermal balance of a coupled ocean-atmosphere GCM

The sensitivity of the upper ocean thermal balance of an ocean-atmosphere coupled GCM to lateral ocean physics is assessed. Three 40-year simulations are performed using horizontal mixing, isopycnal mixing, and isopycnal mixing plus eddy induced advection. The thermal adjustment of the coupled system is quite different between the simulations, confirming the major role of ocean mixing on the heat balance of climate. The initial adjustment phase of the upper ocean (SST) is used to diagnose the physical mechanisms involved in each parametrisation. When the lateral ocean physics is modified, significant changes of SST are seen, mainly in the southern ocean. A heat budget of the annual mixed layer (defined as the “bowl”) shows that these changes are due to a modified heat transfer between the bowl and the ocean interior. This modified heat intake of the ocean interior is directly due to the modified lateral ocean physics. In isopycnal diffusion, this heat exchange, especially marked at mid-latitudes, is both due to an increased effective surface of diffusion and to the sign of the isopycnal gradients of temperature at the base of the bowl. As this gradient is proportional to the isopycnal gradient of salinity, this confirms the strong role of salinity in the thermal balance of the coupled system. The eddy induced advection also leads to increased exchanges between the bowl and the ocean interior. This is both due to the shape of the bowl and again to the existence of a salinity structure. The lateral ocean physics is shown to be a significant contributor to the exchanges between the diabatic and the adiabatic parts of the ocean.

Decreased thermal conductance during the luteal phase of the menstrual cycle in women.

To study the influence of the menstrual cycle on whole body thermal balance and on thermoregulatory mechanisms, metabolic heat production (M) was measured by indirect calorimetry and total heat losses (H) were measured by direct calorimetry in nine women during the follicular (F) and the luteal (L) phases of the menstrual cycle. The subjects were studied while exposed for 90 min to neutral environmental conditions (ambient temperature 28 degrees C, relative humidity 40%) in a direct calorimeter. The values of M and H were not modified by the phase of the menstrual cycle. Furthermore, in both phases the subjects were in thermal equilibrium because M was similar to H (69.7 +/- 1.8 and 72.1 +/- 1.8 W in F and 70.4 +/- 1.9 and 71.4 +/- 1.7 W in L phases, respectively). Tympanic temperature (Tty) was 0.24 +/- 0.07 degrees C higher in the L than in the F phase (P less than 0.05), whereas mean skin temperature (Tsk) was unchanged. Calculated skin thermal conductance (Ksk) was lower in the L (17.9 +/- 0.6 W.m-2.degrees C-1) than in the F phase (20.1 +/- 1.1 W.m-2.degrees C-1; P less than 0.05). Calculated skin blood flow (Fsk) was also lower in the L (0.101 +/- 0.008 l.min-1.m-2) than in the F phase (0.131 +/- 0.015 l.min-1.m-2; P less than 0.05). Differences in Tty, Ksk, and Fsk were not correlated with changes in plasma progesterone concentration. It is concluded that, during the L phase, a decreased thermal conductance in women exposed to a neutral environment allows the maintenance of a higher internal temperature.

Thermal comfort indices in individual shelters for dairy calves with different types of roofs

Among the building materials used in rural facilities, roofs are noteworthy for being largely responsible for thermal comfort, influencing the thermal balance within the shelter. This study aimed to evaluate the influence of roof on the Enthalpy (H), Thermal Load of Radiation (TLR), and Black Globe Temperature and Humidity Index (BGHI) in individual shelters for dairy calves. The design was completely randomized with three treatments: Z - zinc tile, AC - asbestos-cement tile and ACW - asbestos-cement tile painted white on the upper side. The averages were compared by the Scott Knott test at 1% probability. The results showed no statistical difference between treatments (P<0.01) and the external environment for H. For TLR, there was statistical difference among all treatments, where ACW showed the lowest TLR, 489.28 W m-2, followed by AC with 506.72 W m-2 and Z with the highest TLR, 523.55 W m-2. For BGHI, the lowest values were observed for ACW (76.8) and AC (77.4), differing significantly from Z, which obtained the highest value (81.6). The tiles with white paint on the upper side promoted the lowest TLR and the lowest BGHI, favoring the thermal environment in the shelter.

Early detection of metabolic and energy disorders by thermal time series stochastic complexity analysis

Maintenance of thermal homeostasis in rats fed a high-fat diet (HFD) is associated with changes in their thermal balance. The thermodynamic relationship between heat dissipation and energy storage is altered by the ingestion of high-energy diet content. Observation of thermal registers of core temperature behavior, in humans and rodents, permits identification of some characteristics of time series, such as autoreference and stationarity that fit adequately to a stochastic analysis. To identify this change, we used, for the first time, a stochastic autoregressive model, the concepts of which match those associated with physiological systems involved and applied in male HFD rats compared with their appropriate standard food intake age-matched male controls (n=7 per group). By analyzing a recorded temperature time series, we were able to identify when thermal homeostasis would be affected by a new diet. The autoregressive time series model (AR model) was used to predict the occurrence of thermal homeostasis, and this model proved to be very effective in distinguishing such a physiological disorder. Thus, we infer from the results of our study that maximum entropy distribution as a means for stochastic characterization of temperature time series registers may be established as an important and early tool to aid in the diagnosis and prevention of metabolic diseases due to their ability to detect small variations in thermal profile.

Thermal aspects of satellite downscaling

The strong trend toward nanosatellites creates new challenges in terms of thermal balance control. The thermal balance of a satellite is determined by the heat dissipation in its subsystems and by the thermal connections between them. As satellites become smaller, heat dissipation in their subsystems tends to decrease and thermal connectivity scales down with dimension. However, these two terms do not necessarily scale in the same way, and so the thermal balance may alter and the temperature of subsystems may reach undesired levels. This paper focuses on low-Earth-orbit satellites. We constructed a generalized lumped thermal model that combines a generalized low-Earth-orbit satellite configuration with scaling trends in subsystem heat dissipation and thermal connectivity. Using satellite mass as a scaling parameter, we show that subsystems do not become thermally critical by scaling mass alone.

Thermal comfort indices in individual shelters for dairy calves with different types of roofs

Dentre os materiais de construção utilizados nas instalações rurais, merecem destaque as coberturas, pois são grandes responsáveis pelo conforto térmico, influenciando no balanço térmico no interior das instalações. Este trabalho objetivou avaliar a influência das coberturas sobre a entalpia (H), Carga Térmica Radiante (CTR) e no Índice de Temperatura de Globo Negro e Umidade (ITGU), em abrigos individuais para bezerros leiteiros. O delineamento foi o inteiramente casualizado com três tratamentos: Z - telha de zinco; CA - telha de cimento amianto, e CAB - telha de cimento amianto pintada de branco na face superior. As médias foram comparadas pelo teste de Scott Knott, a 1% de probabilidade. Os resultados mostraram que não houve diferença estatística entre os tratamentos (P<0,01) e o ambiente externo, para a H. Para a CTR, houve diferença estatística entre todos os tratamentos, em que CAB demonstrou menor CTR, 489,28 W m-², seguido do tratamento CA, 506,72 W m-², e Z com maior valor de CTR, 523,55 W m-². Para o ITGU, observaram-se menores valores para CAB (76,8) e CA (77,4), diferindo-se, significativamente do Z, que obteve maior valor (81,6). As telhas com pintura branca em sua face superior promoveram menor CTR e menor ITGU, favorecendo o ambiente térmico da instalação.

Projecto de entreposto frigorífico a R-744/R-717 para produtos congelados

Pretende-se com este trabalho de Projecto de Mestrado conceber uma câmara frigorífica de 20000 m3 para armazenar produtos congelados e estudar um sistema frigorífico com dois fluidos frigorigénios que serão o CO2 (R-744) e o NH3 (R-717) O trabalho inicia-se com a definição dos objectivos principais para o projecto de um sistema frigorífico deste tipo. Após a definição dos objectivos, o projecto propõe um estudo termodinâmico do CO2 (R-744) como fluido frigorigénio, definindo se o seu historial de utilização, características principais, diagrama pressão-entalpia com a distinção das diversas fases do fluído, comparação em diversos parâmetros com outros fluidos, o porquê da utilização deste fluído, problemas comuns em sistemas com a presença deste fluído, entre outros parâmetros de estudo. De seguida será feito o dimensionamento de uma câmara frigorífica de 20000 m3 para armazenar produtos congelados paletizados através de um balanço térmico manual e um balanço térmico informático através do programa da Centauro comparando no final o resultado dos dois métodos. Será feito uma descrição das características básicas da câmara frigorífica com um esquema simples do edifício. Será abordado de seguida o sistema frigorífico a CO2 (R-744) e a NH3 (R-717) nas suas diversas características, nomeadamente no cálculo de caudais, diagrama pressão-entalpia, dimensionamento de tubagens e finalmente selecção de equipamento. Procede-se assim também ao estudo um sistema apenas a NH3 (R-717) com as suas diversas características nomeadamente no cálculo de caudais, diagrama pressão-entalpia, dimensionamento de tubagens e finalmente selecção dos equipamentos mais importantes, para que desta forma se proceda à comparação dos dois sistemas a nível energético, consumo eléctrico e manutenção de equipamentos. Finalmente proceder-se-á interpretação de resultados com o objectivo final de escolher a melhor solução nos vários parâmetros de comparação, para o esquema em questão.

Concepção de uma instalação frigorífica com atmosfera controlada para a conservação de uvas de mesa

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Sistemas de arrefecimento de instalações frigoríficas utilizando três agentes frigoríficos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Estágio curricular na empresa Consulfrio

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

O impacto do ambiente e das energias renováveis no projeto de instalações de frio industrial num matadouro

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecãnica

Estudo, Avaliação e Propostas de melhoria para a Climatização do edifício Biorama do Parque Biológico de Vila Nova de Gaia

A eficiência energética e a preocupação com a sustentabilidade têm vindo a ganhar preponderância na sociedade moderna. Este trabalho é uma contribuição para esta tendência onde se pretendeu avaliar e sugerir alterações ao sistema de climatização do edifício Biorama do Parque Biológico de Vila Nova de Gaia (PBG). Procedeu-se em primeiro lugar a uma caracterização física, química e geográfica dos 5 biomas constituintes do Biorama. Para isso, recorreu-se a documentos fornecidos pelo próprio PBG, visitas ao local e registo de medições de alguns parâmetros (temperatura, humidade relativa, qualidade do ar). Posteriormente foi realizado o balanço térmico dos edifícios, de acordo com a legislação em vigor, recorrendo a expressões e conceitos teóricos. Foram determinados valores dos ganhos térmicos de aquecimento de 15811, 10694, 7939, 9233, e 6621 kWh/ano para Floresta tropical, Mesozoico, Dunas, Savana e Deserto, respetivamente. Foram igualmente determinados valores dos ganhos térmicos no verão de 7093, 4798, 3560, 4144 e 2971 kWh na Floresta tropical, no Mesozoico, nas Dunas, na Savana e no Deserto, respetivamente. As cargas térmicas de aquecimento foram 149, 125, 47, 60 e 51 kW na Floresta tropical, no Mesozoico, nas Dunas, na Savana e no Deserto, respetivamente. As cargas térmicas de arrefecimento foram iguais a 59, 57, 47, 35 e 36 kW na Floresta tropical, no Mesozoico, nas Dunas, na Savana e no Deserto, respetivamente. Algumas soluções são avançadas, bem como alternativas comportamentais de modo a corrigir alguns problemas identificados. Uma proposta é a da instalação de painéis solares e acumuladores de calor, com os quais se estima um ganho médio conjunto de 500 W em cada bioma, e representam um investimento de 1050 euros e terão um retorno de 1 ano. Em relação à humidade é sugerido a utilização mais eficaz dos aspersores existentes e a utilização de esponjas, para fazer subir a humidade relativa para valores superiores a 80%. Em sentido inverso, no inverno, propõem-se a utilização de material higroscópico para fazer baixar a humidade relativa em cerca de 5%. Os custos com os suportes e o material higroscópico rondam os 250 €. Por fim, é sugerido a instalação de um aparelho de ar condicionado de 16 000 BTU no corredor de ligação, pois é a única forma de garantir condições de conforto térmico. Esta proposta de arrefecimento com ar condicionado e ainda o recurso a uma cortina de lâminas de plástico, que servem para efetuar uma separação mais eficiente entre ar frio e ar quente, têm um custo aproximado de 350 €. É ainda sugerida a utilização de lonas ou de uma planta trepadeira com um custo por planta de 5€, nas coberturas dos telhados virados a sul, sendo que a zona do corredor deverá ser totalmente coberta, a fim de evitar a exposição solar direta.

Dessalinização da Água do Mar Através da Energia Solar - Caso de Estudo Salamansa – Cabo Verde

principal objectivo deste trabalho é o estudo da viabilidade técnica e económica da dessalinização da água do mar, utilizando a energia solar, tomando como caso de aplicação uma pequena comunidade rural de Cabo Verde, a vila piscatória de Salamansa, local onde há graves problemas com a disponibilidade de água potável. No entanto, a proximidade do mar e a disponibilidade de energia solar sugerem a dessalinização como processo para mitigar a falta de água. A dessalinização da água do mar pode ser obtida através de diversas técnicas que podem ser agrupadas de acordo com os princípios em que estes processos se baseiam: processos de dessalinização térmica (destilação solar, destilação multi-estágio, destilação multi-efeito, etc.) e processos de dessalinização por membranas (electrodiálise e osmose inversa). A destilação solar passiva foi a tecnologia de dessalinização estudada neste trabalho e que se pode vir a tornar uma alternativa promissora para um fornecimento regular de água. Por outro lado, o uso de fontes alternativas de energia, como a solar, apresenta-se como uma solução para viabilizar a dessalinização em meios semi-áridos como o deste caso de estudo. Fez-se uma modelação matemática da unidade de destilação solar proposta utilizando o Engineering Equation Solver (EES) como ferramenta para ajudar a resolver as equações de balanço térmico. O projecto do destilador solar proposto poderá atender às necessidades de água doce para consumo de 18 famílias constituídas por 5 agregados (92 pessoas) e apresenta uma eficiência média diária de aproximadamente 78% no Verão e 77% no Inverno.