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Orientador: Jose Roberto Nunhez Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Este estudo propõe a modelagem do escoamento laminar e turbulento com transferência de calor conjugados em tubos de seção cilíndrica. Em vez de usar os métodos convencionais de elementos finitos ou volumes finitos, esta formulação aplica uma técnica diferente que discretiza o fluxo na direção radial usando o método das diferenças finitas de 4_ ordem. Com esta técnica, um sistema composto de várias equações diferenciais ordinárias para a temperatura e outro composto de equações algébricas lineares para as velocidades são obtidas. As equações diferenciais ordinárias são integradas na direção axial utilizando-se o método de Runge - Kutta de 451 ordem. Os valores da viscosidade, massa específica capacidade calorífica e condutividade térmica são funções da temperatura, o qual toma o modelo satisfatório para o cálculo de altos gradientes de temperatura, como no caso dos fomos de refinaria. Para a turbulência, utiliza-se um modelo de ordem zero, no caso do "comprimento de mistura de Prandtl". Como o gradiente da pressão é calculado em cada ponto, a queda de pressão total é obtida através de uma integração ao longo do tubo. Uma característica interessante desta formulação é que para o caso laminar o método é não iterativo, o que o toma mais rápido que os métodos convencionais Abstract: This study considers the modeling of laminar and turbulent flows with conjugated transference of heat in tubes of cylindrical section. Instead of using the convetional finite element or finite volume methods, this formulation applies a different technique discretizing the flow in the radial direction using a 4th order finite differences method. Using this technique, a system composed of several ordinary differential equations for the temperature and another composed of linear algebraic equations for the velocities are obtained. The equations are integrated in the axial direction using a 4th order Runge Kutta method. The values of viscosity, density, heat capacity and thermal conductivity are dependent on the temperature, which makes the model suitable for the calculation of high temperature gradients, as in the case of refinery fired heaters. The turbulence is taken into account using the "mixing lenght of Prandtl" as a zero order turbulence model. Since the pressure gradient is calculated in each point, the total pressure drop is obtained by integration through out the tube. A very interesting feature of this formulation is that for the study of laminar flow the method is non-iterative, which makes it more desirable and faster than conventional methods Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

Orientador : Carlos Gomes da Nave Mendes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil Resumo: O presente apresenta uma solução alternativa de tratamento de águas de abastecimento, a partir do emprego da floculação em meio poroso, também denominada por floculação estática ou laminar, em função da configuração dos reatores hidráulicos de floculação e do fluxo que os atravessa. Desta forma, objetiva-se reduzir o tempo de floculação com perspectiva de redução do custo de implantação e operação de ET As convencionais. Para tanto, propos-se a investigação de reatores preenchidos com feixes de tubulações de PVC rígido soldável, alternativos aos convencionais, cujo desempenho, foi comparativamente analisado frente a reatores preenchidos com pedregulho. Foram realizados ensaios com taxa de aplicação superficial de 60, 90, 120, 150 e 180 m3jm2dia a fim de determinar as condições operacionais, tendo em vista o período de floculação, a evolução da perda de carga e condições de acúmulo de lodo no seu interior, utilizando-se água natural, coagulada com cloreto férrico Abstract: The present work aims at to present an alternative solution of supplying wahandling, from the job of the flocculation in porous way, also called for static or lamir flocculation, as function of the pattern of hydraulic reactors of flocculation and it streé that crosses them. Of this form, objective to reduce the time of flocculation w perspective of reduction of the implantation cost and conventional operation of ET As. For in such a way, an inquiry has been proposed of reactors filled with beams pipe of weldable rigid PVC, whose performance, was compared and analyzed w reactors filled with pebble. Assays with rate of superficial application of 60, 90, 120, 1 and 180 m3/m2day had been carried through in order to determine the operatiol conditions, in view of the period of flocculation, the evolution of the loss of load a conditions of accumulation of sludge in its inward, using water, coagulate with fel chloride Mestrado Saneamento Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Jose Roberto Nunhez Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Os tanques de mistura são muito utilizados nas indústrias químicas para processar produtos de alto valor agregado. No entanto, apesar da sua grande importância nas indústrias químicas, poucas informações estão disponíveis sobre como o desempenho desses equipamentos é influenciado pela configuração mecânica do agitador, pelo tipo de superfície de troca térmica e pelo modo de operação. Um entendimento mais profundo destes fenômenos pode proporcionar meios de se otimizar projetos de reatores que sejam condizentes com uma melhor circulação interna do fluido e uma troca de calor mais eficiente. Este estudo tem o objetivo de estudar o arranjo geométrico de um tanque de mistura com um agitador tipo turbina Rushton e com serpentinas helicoidais para resfriamento conforme o trabalho sugerido por Oldshue e Gretton (1954), visto que até hoje este arranjo é utilizado por muitas indústrias nos projetos desses tanques. Trabalhos anteriores criticaram esta geometria porque este arranjo apresenta serpentinas posicionadas na altura da descarga do fluxo proveniente do agitador. Com as simulações realizadas neste estudo constatou-se que o arranjo do tanque com serpentinas pode sofrer modificações quanto à forma do tanque e ao arranjo do feixe de serpentinas, possibilitando a proposição de geometrias que proporcionam melhor mistura e controle de temperatura. Este trabalho utiliza o pacote computacional CFX-F3D para a realização das simulações. O modelo é bidimensional e o tanque opera em regime laminar. O pacote utiliza o método dos volumes finitos com variáveis colocalizadas e sistema de coordenadas "body-fitted" para resolver as equações do modelo. A comparação dos resultados obtidos, através de várias simulações de arranjos de serpentinas, permitiu a obtenção de um arranjo otimizado de serpentinas que apresenta um controle de temperatura mais eficiente e um melhor coeficiente de transferência de calor com minirnização dos gastos de energia Abstract: Stirred tank reactors are extensively used in chemical industries to process low volume products of high value. Despite its importance, little is known about the performance of such systems. The mechanical configuration of the internals, in particular the impeller and the heat transfer surfaces, as well as mode of operation, have a deep effect in the flow. A deeper knowledge of the behaviour of such systems may provide ways to improve the mechanical designoThe aim of this study is to analyse the experimentalgeometry of a stirred tank reactor with a Rushton turbine impeller and helical coils according to the work of Oldshue and Gretton (1954), since this kind of configuration is still employed in reactor design in our days. Previous work criticised the experimental apparattus because it employs coils at the same height of the impeller blades. The simulated results showed that it is possible to modify vessel shape and coil helix which lead to designs consistent with better mixing and heat transfer. This work uses the CFX 4.1 fluid dynamics package for the calculations. The model calculates the three velocities in a two dimensional mesh for laminar flow. The software uses fínite volumes with colocalized variables and body fitted coordinates. Simulation results with varying vessel shapes and coil positions led to the determination of optimized designs with more efficient temperature control and better heat transfer coefficient, which allows reduced energy operating costs Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

Nos últimos anos, além do plantio em canteiros a alface tem sido bastante cultivada em sistemas hidropônicos. Neste sistema as plantas são nutridas por uma solução nutritiva em circuito fechado, sendo assim, para que ocorra correta nutrição das plantas é necessária que o fluxo da solução ocorra de maneira adequada. Para tanto, é necessária uma certa declividade nas bancadas, que por sua vez, influencia a velocidade que a solução nutritiva passa pelo sistema radicular. Como existem poucas pesquisas sobre qual a declividade ideal para as bancadas, este trabalho teve o objetivo de avaliar o efeito da declividade da bancada sobre a produção da alface tipo americana (Cultivar Gloriosa). Avaliou-se quatro declividades de bancada: 3%; 4%; 5% e 6%, em delineamento inteiramente casualizado com 6 repetições e 10 plantas por parcela. Na colheita foi avaliado massa fresca da parte aérea e massa das raízes. Foi realizada análise de Variância e teste de Scott-Knott para comparação das médias. Os resultados mostraram que os tratamentos com 4% e 5% apresentaram maior massa fresca da parte aérea e os demais não diferiram estatisticamente, para massa das raízes não houve diferença significativa entre os tratamentos.

Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Stanislav Moshkalev Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação em cocutela com Vrije Universiteit Brussel Resumo: O processo de miniaturização permite reações de misturas líquidas e análises mais rápidas, em volumes menores, com dispositivos portáteis e mais confiáveis. Os principais desafios estão na fabricação com alta precisão e integração de microcanais com sensores. Nós desenvolvemos protocolos completos de obtenção de microcanais com atuadores e sensores integrados, envolvendo técnicas convencionais de microfabricação e caracterização compatíveis com instalações em sala limpa. Resultando em dispositivos fabricados em silício, vidro e polidimetilsiloxano (PDMS), com microcanais com largura entre 100 e 458 µm, profundidade entre 20 e 64 µm. Apresentamos novas metodologias para aplicações em Lab-On-a-Chip (LOC): 1) Sistema com microcanais integrados a um sensor capacitivo. 2) Misturador ativo com atuadores eletromagnéticos em microcanais. 3) Misturador passivo com sensor terahertz acoplado, para controle de concentração de etanol sob demanda. Apresentamos o sistema microfluídico completo de geração de micro gotas de água/óleo e micros sensor capacitivo para detecção e controle de volume e velocidade de gotas de até 1mm de comprimento. Apresentamos misturador ativo, com membrana de PDMS integrada com atuadores eletromagnéticos, estabelecendo a correlação entre a melhoria de mistura líquida e a frequência de oscilação. Apresentamos sensor sub-THz acoplado a plataforma microfluídica com medições não invasivas, sem contato e livre de rótulos para a determinação da concentração de etanol e controle sob demanda. Demonstramos sensoriamento on-line operando a 60 GHz, com faixa dinâmica de 2,79 dB, controle da concentração de etanol com variação de 0,32% (v / v) e micro misturador passivo com canais curvos operando em fluxo laminar, com número de Reynolds 25700. Em adição, apresentamos um estudo preliminar com simulação de método de elementos finitos (MEF) em comparação com modelos teóricos. Apresentamos a caracterização de fluidos e a aplicação de dispositivos microfluídicos Abstract: The miniaturization process allows reactions of liquid mixtures and faster analyzes, in smaller volumes, with portable and more reliable devices. The main challenges are in the manufacturing with high precision and integration of microchannels with sensors. We have developed complete protocols for obtaining microchannels with integrated actuators and sensors, involving conventional microfabrication and characterization techniques compatible with clean room facilities. Resulting in devices fabricated in silicon, glass and polydimethylsiloxane (PDMS), with microchannels widths between 100 and 458 ?m, depth between 20 and 64 µm. We present new methodologies for Lab-On-a-Chip (LOC) applications: 1) System with microchannels integrated to a capacitive sensor. 2) Active mixer with electromagnetic actuators in microchannels. 3) Passive mixer with coupled terahertz sensor for control of concentration of ethanol on demand. We present the complete microfluidic system for the micro droplets generation of water/oil and micro capacitive sensor, for detection and control of volume and droplet velocity up to 1mm in length. We present an active mixer, with integrated PDMS membrane with electromagnetic actuators, establishing the correlation between the liquid mixture improvement and the oscillation frequency. We present sub-THz sensor coupled to microfluidic platform with non-invasive, contactless and label-free measurements for determination of ethanol concentration and control on demand. We demonstrated on-line sensing, operating at 60 GHz, with a dynamic range of 2.79 dB, ethanol concentration control with a variation of 0.32% (v / v) and passive micro-mixer with curved channels operating in laminar flow with number of Reynolds 25700. In addition, we present a preliminary study with simulation of finite element method (FEM) in comparison with theoretical models. We presented the fluid characterization regime and application of microfluidic devices Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica FAPEAM 001/2014

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-04-15Bitstream added on 2014-06-13T20:01:23Z : No. of bitstreams: 1 dantas_car_dr_bauru.pdf: 1644240 bytes, checksum: 699ddf5e51394a05e9a25ec5b5ec3006 (MD5) Este trabalho de doutorado dá continuidade aos esforços iniciados no mestrado, apresentando os principais resultados obtidos na integração de uma língua eletrônica com recursos de microfluídica. Brevemente, trata-se de uma língua eletrônica utilizando microlitros para análise e descarte de amostras, visando desenvolvimentos que, possibilitem posteriormente a fabricação de dispositivos lab-on-a-chip, abrindo fronteiras para possibilidades múltiplas de integração na análise de bebidas, desenvolvimento de formulações na indústria farmacêutica, biossensores, análises clínicas, etc. Para viabilizá-las, fez-se necessário depositar filmes ultrafinos nanoestruturados no interior de microcanais, previamente selados sobre eletrodos interdigitados (IDEs) de ouro, através de uma adaptação da técnica de automontagem (LbL, do inglês Layer-by-Layer), o que resultou em boa reprodutibilidade na fabricação dos dispositivos. Os filmes nanoestruturados no interior dos microcanais foram caracterizados insitu durante o processo de deposição através de medidas de espectroscopia de impedância elétrica, que indicaram alterações nos padrões observados em função da nanoestruturação de materiais sobre os IDEs, principalmente confirmado pela análise Raman. Completamente, para melhor compreensão das alterações causadas pelos filmes automontados no interior dos microcanais, as medidas elétricas foram analisadas através e circuitos elétricos equivalentes, implicando em uma simplificação no modelo que utilizamos por mais de uma década. Na sequência, o desempenho da língua eletrônica microfluídica aqui desenvolvida foi confrontado com os resultados por uma língua eletrônica convencional, na qual os eletrodos interdigitados são imersos em um béquer contendo as amostras líquidas. A partir das respostas elétricas apresentadas por tais... This PhD work continues the efforts initiated a our Master degree, presenting the main results obtained in the integration of an electronic tonque system using microfluidics. Briefly, it is an e-tongue device using microliters for sampling and discharge analysis, envissaging developments that might later enable the fabrication of lab-on-a-chip, devices, opening frontiers to multiple possibilities of integration in the analysis of beverages, developments of pharmaceutical formulations, biosensors, clinical analysis, etc. To get it into reality it was required the deposition of nanostructured ultrathin films inside microchannels, previously sealed onto gold interdigitated electrodes (IDEs), throughout and adaptation of the layer-by-layer (LbL0 technique, completely eliminating leakages, resulting in good reproducibility in the fabrication of the devices. The nanostructured thin films inside microchannels were characterized in-situ during the deposition process throughout impedance spectroscopy, indicating changes in the observed electric patterns due to the nanostructuration of materials onto the IDEs, further corroborated by Raman analysis. Complementarily, to better understand changes caused by the layer-by-layer films inside a microchannel, the impedance data were analyzed using equivalent electric circuits, resulting in a simplification of the model used by us for more than a decade. Sequentially, the performance of the microfluidic e-tongue developed here was confronted with data acquired in a conventional e-tongue, in which the IDEs were left soaking in a beaker having liquid samples. Principal Component Analysis was applied in the data from the electrical responses presented by these e-tongues, indicating that the microchannel system has a similar performance when compared to the conventional system of IDEs immersed in a liquid sample... (Complete abstract click electronic access below)

Durante o processo de perfuração de poços de óleo e gás, em geral a passagem e oscilações da broca de perfuração provoca a ovalização das paredes do poço. O presente trabalho apresenta um estudo analítico e numérico do escoamento de fluido viscoplástico tipo Herschel-Bulkley através de três configurações de tubos de seções transversais elípticas: tubo elíptico, elíptico anular concêntrico e excêntrico. O objetivo desse estudo é analisar o efeito dos parâmetros geométricos do tubo, cinemáticos do escoamento e reológicos do fluido na perda de carga. A modelagem matemática foi realizada com base nas equações de balanço de massa e de quantidade de movimento e uma equação constitutiva para o tensor tensão do fluido. Para a solução analítica são utilizados os métodos de transformação de coordenadas e da folga variável modelando o escoamento como entre placas paralelas. Para a solução numérica é empregado o método de volumes finitos. As simulações numéricas são realizadas com o programa comercial PHOENICS-CFD. Para validar os resultados, são realizadas comparações com a literatura. Para cada geometria investigada foram obtidos os parâmetros de interesse na engenharia como: perfil de velocidade, vazão volumétrica, perfil das tensões e expressão para o fator de atrito. Os resultados para o duto anular circular concêntrico e excêntrico são corretamente reproduzidos quando a seção anular elíptica tende para a razão de aspecto unitária. During the oil well drilling operations, the oscillations and the advancement of the drill makes the well takes an oval shape. This work presents an analytical and numerical study of the viscoplastic fluid flow of a Herschel-Bulkley fluid, through three types of elliptical cross sections ducts: elliptical, concentric and eccentric elliptical annulus. The objective is to analyze the effects of the pipe geometrical parameters, the kinematics of the flow and the fluid rheology over the pressure drop. The mathematical model was based on the mass and momentum balance equations and a constitutive equation expressing the stress tensor of the fluid. The analytical solutions employed were an analytical transformation of coordinates and other one based on in the slot flow model and the fluid flow was modeled as parallel plates in narrow annuli. For the numerical solution of the balance equations the finite volume method was used. The numerical simulations were carried out with PHOENICS-CFD. For validation of the results, comparisons with numerical and analytical results available in literature were done. Relevant engineering parameters were obtained, like velocity profiles, volumetric flow rate, shear stress profiles and an expression for the friction factor. The results for the concentric and eccentric circular annulus are adequately reproduced when the elliptical cross section tends towards unitary aspect ratio.

O presente trabalho pretende servir de apoio ao projecto das instalações mecânicas para blocos operatórios, em particular para as salas de operação. O objectivo e a lacuna encontrada na bibliografia portuguesa sobre os requisitos dos sistemas de climatização para blocos operatórios conduziram à reunião de um conjunto de elementos que, não esgotando o assunto, julgo serem suficientes para dar respostas à curiosidade de uns e para apoiar a decisão dos técnicos projectistas deste tipo de instalações mecânicas. Como objectivo do trabalho entende-se a definição de um sistema de climatização destinado a blocos operatórios, versátil, no sentido de que possa ser instalado em qualquer localidade, bastando para o efeito adaptar a unidade de tratamento e neutralização de ar novo, e mais económico, no que respeita ao consumo energético, quando comparado com os sistemas existentes,100% ar novo.

Este trabalho teve como objectivo estudar numericamente o escoamento laminar de fluidos Newtonianos e não-Newtonianos em canais de permutadores de calor de placas do tipo chevron com ângulo de corrugação igual a zero (canais do tipo sinusoidal). Em particular, foram estudados os factores de fricção de Fanning para o fluxo laminar completamente desenvolvido de fluidos Newtonianos e de fluidos não-Newtonianos (descritos pela lei de potência) em canais do tipo sinusoidal, sendo os factores de fricção de Fannning, f, descritos pela relação 1 Reg f K − = , em que Reg representa o número de Reynolds generalizado. Para fluidos Newtonianos o coeficiente K da relação acima referida foi relacionado com o rácio de aspecto dos diferentes canais sinusoidais. Uma vez que o coeficiente K depende do factor de forma, K0, e do coeficiente de tortuosidade, t, através de 2 0 K = K t , K0 e t foram também relacionados com o rácio de aspecto dos diferentes canais. Foram ainda estabelecidas curvas de fricção únicas para fluidos Newtonianos e não-Newtonianos, através da implementação de um número de Reynolds generalizado adequado, nos canais referidos. As relações propostas são simples e úteis para cálculos de engenharia. In this work it were numerically studied the fully developed laminar flows of Newtonian and non- Newtonian fluids in the channels from chevron type plate heat exchangers with corrugation angle equal to zero (sinusoidal channels). In particular, were studied the Fanning friction factors for the fully developed laminar flow of Newtonian fluids and non-Newtonian fluids (from the power-law type) in sinusoidal channels, being the Fanning friction factors, f, described by 1 Reg f K − = , where Reg represents the generalized Reynolds number. For Newtonian fluids, the coefficient K was related with the channel aspect ratio of the different sinusoidal channels. The coefficient K is dependent from the shape factor, K0, and tortuosity coefficient, t , by 2 0 K = K t . The shape factor and t were also related with the channel aspect ratio from the different channels. In addition, it were proposed single friction curve equations for the flow of Newtonian and non- Newtonian fluids, through the implementation of an appropriate generalized Reynolds number, in the referred channels. The proposed relations are simple and useful for engineering calculations

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-12-12Bitstream added on 2014-06-13T18:31:08Z : No. of bitstreams: 1 feijo_v_me_ilha.pdf: 1118421 bytes, checksum: 45161ec0115e5de73f56c75260fc6806 (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Neste trabalho considera-se a interação fluido-estrutura em um modelo numérico tridimensional do escoamento sanguíneo no interior da artéria aorta abdominal humana. O sangue é considerado um fluido incompressível e Newtoniano e é governado pelas equações de Navier- Stokes. As paredes da aorta são modeladas a partir da Lei de Hooke, considerando a condição quase-estática. Uma solução numérica é desenvolvida para calcular os campos de pressão e velocidade do fluido e o campo de deslocamento da artéria. Exemplos experimentais foram utilizados como parâmetros validadores do modelo numérico através do método dos elementos finitos. In this work we are considered the interaction fluid-structure in a tri-dimensional numeric model of the blood flow inside the artery human abdominal aorta. The blood is considered an incompressible fluid and Newtonian and it is governed by the equations of Navier-Stokes. The walls of the aorta are modeled starting from the Law of Hooke, considering the condition quasi - static. A numeric solution is developed to calculate the pressure fields and speed of the fluid and the field of displacement of the artery. Experimental examples were used as parameters for validates of the model numeric through the method of the finite elements.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-08-18Bitstream added on 2014-06-13T18:48:07Z : No. of bitstreams: 1 alves_ta_me_ilha.pdf: 8112255 bytes, checksum: 408af7eb63e2a3050e7bda3fd133d8cf (MD5) Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) O presente trabalho trata da solução de uma classe de problemas difusivo-convectivos, tanto de natureza elíptica como parabólica, em domínios de geometrias não-convencionais, através da aplicação da Transformada Integral. Para facilitar o tratamento analítico e a aplicação das condições de contorno, antes da aplicação da Técnica da Transformada Integral Generalizada - TTIG sobre a equação governante do problema estudado, emprega-se uma Transformação Conforme - TC visando efetuar uma mudança de coordenadas adequada. Analisa-se inicialmente o problema hidrodinâmico do escoamento laminar completamente desenvolvido de fluidos Newtonianos no interior de dutos. Para a obtenção do campo de velocidades do escoamento aplica-se a TTIG sobre a equação da quantidade de movimento. Os parâmetros hidrodinâmicos de interesse, tais como: velocidades média e máxima, fator de atrito de Fanning, fator de Hagenbach, número de Poiseuille, comprimento de entrada hidrodinâmico e queda de pressão são calculados para as diversas geometrias. Feito isso, efetua-se o estudo dos problemas difusivo-convectivos relacionados à transferência de calor do escoamento laminar hidrodinamicamente desenvolvido e termicamente em desenvolvimento de fluidos Newtonianos com perfil de temperatura de entrada uniforme em dutos submetidos a condições de contorno de Dirichlet. Para a obtenção do campo de temperatura aplica-se a TTIG sobre a equação da energia e então, calculam-se os parâmetros térmicos de interesse: temperatura média de mistura, números de Nusselt local e médio e comprimento de entrada térmica. Realiza-se, quando possível, a comparação dos resultados obtidos para os parâmetros termos-hidráulicos com os disponíveis na literatura. The present work describes the solution of a class of elliptical-parabolic diffusiveconvective problems, on unconventional geometries, employing the Generalized Integral Transform Technique (GITT). In order to facilitate the analytical treatment and the application of the boundary conditions, a Conformal Transform (CT) is used to change the domain into a more suitable coordinate system, just before GITT is to be applied. First of all, using this procedure, the hydrodynamic problem of fully developed Newtonian laminar flow inside ducts is analyzed. In order to obtain the velocity field, GITT is applied on the momentum equation. Interesting hydrodynamic parameters, such as: maximum and minimum velocity values, Fanning friction and Hagenbach factors, Poiseuille number, hydrodynamic entry length, as well as pressure loss, are evaluated for several geometries. Following that, diffusive-convective problems are studied in relationship to the heat transfer in hydrodynamically fully developed and thermally non-developed Newtonian laminar flow inside ducts under Dirichlet boundary conditions, considering uniform temperature entrance profile. In order to obtain the temperature field, GITT is applied on the energy equation, evaluating the relevant parameters: bulk mean temperature, average and local Nusselt numbers and thermal entry length. The results are compared, as much as possible, with the parameter values available in the literature.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-08-23Bitstream added on 2014-06-13T20:11:14Z : No. of bitstreams: 1 pinto_jrc_me_ilha.pdf: 9610233 bytes, checksum: df80eb0a21bbebacadfe732760f281e2 (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação de Ensino Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) Os sistemas de drenagem externa são componentes empregados para drenagem do excesso do fluido cefalorraquidiano (produzido no cérebro e contido nos ventrículos cerebrais) para um recipiente coletor, disposto fora do corpo humano. Em geral esses sistemas são compostos de um cateter ventricular, uma tubagem e uma bolsa de drenagem. Esses sistemas são utilizados em determinados procedimentos médicos e permitem, adicionalmente, a monitoração da pressão intracraniana, a coleta de materiais para análise e infusão de medicamentos. Entretanto, tais dispositivos não possuem um mecanismo que interrompa o escoamento do líquido cefalorraquidiano, quando o sistema é submetido a sensíveis variações de pressões hidrostáticas, seja pelo posicionamento indevido da bolsa de drenagem muito abaixo da cabeça do paciente, ou quando o paciente levanta-se subitamente, favorecendo a ocorrência do chamado efeito sifão e, como resultado, a hiperdrenagem desse fluido. A exposição do usuário à hiperdrenagem, mesmo que em curto intervalo de tempo, provoca lesões irreversíveis ao sistema nervoso do paciente. No presente trabalho, é proposto e ensaiado um mecanismo anti-sifão, com diferentes características construtivas, acoplado a um determinado sistema de drenagem externa, com o objetivo de fornecer maior proteção ao usuário. Experimentalmente, para a obtenção do desempenho hidrodinâmico do conjunto, utilizou-se a coleta automatizada de dados referentes à vazão de fluido com relação aos gradientes de pressão impostos. Parte dos modelos de mecanismo anti-sifão sugeridos demonstram adequada funcionalidade quando acoplados ao sistema de drenagem externa, oferecendo, assim, a possibilidade de uma proteção adicional ao usuário. Neurosurgical devices known as External drainage systems are hermetic devices employed to accomplish continuous or intermittent drainage of cerebrospinal fluid (CSF) excess caused by production /absorption imbalance. This hermetic system stores the CSF through a tubing and collection bag. In addition, this system allows for intracranial pressure monitoring (ICP), obtention of CSF sampling for biochemical analysis and intrathecal infusion of drugs. However, such devices do not incorporate a safe mechanism which would interrupt the flux in case of excessive drainage. This clinical situation is not uncommon, ocurring whenever the system is open and submitted to a sudden pressure drop, generated by the undue relative positioning of the collection bag, either by situating below the patientþs head or because the patient suddenly uprighting in the bed. Both conditions favors a physical phenomenon called syphoning effect, well known in neurosurgery. This undesirable side-effect, even for a short period of time, may compromise and even lead to irreversible damage to the brain. This project refers to the development of an anti-siphon device to prevent such side-effects. In order to accomplish this task, a special bench test has been developed. An automated data acquisition system has been employed in order to develop the experiments. Several models of anti-siphon device and pressure gradients were tested. Some models have shown a good performance and were suitable for clinical use, offering an additional protection to the patient.

Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: São apresentadas soluções numéricas e analíticas para as curvas integrais do campo de velocidades (linhas de fluxo) de um fluido ideal estacionário com equação de estado p = ( g -1 ) . Quando g = 2 , as linhas de fluxo associadas a um buraco negro e esfera rígida aceleradas são estudadas em detalhe, assim como o campo de velocidade de um buraco negro e esfera rígida em um campo dipolar externo (campo de aceleração constante). No último caso, o campo dipolar pode ser produzido por um halo ou casca de matéria. Para cada caso a densidade do fluido é estudada usando linhas de contorno. Para 1 < g < 2 estudamos o caso núcleo com halo dipolar. Encontramos que a contribuição não linear que aparece na equação diferencial parcial para o potencial do campo da velocidade afeta levemente as formas das linhas de fluxo e de densidade constante, mas pode ser notada nos valores da densidade. O estudo de vários casos indicam que isto parece ser a situação geral. A acreção foi também calculada para os casos de buracos negros e comparamos os resultados para vários valores de g. Encontramos que a acreção aumenta ao diminuir a constante g. Pelo que sabemos, esta é a primeira vez que as curvas integrais do campo de velocidade para objetos acelerados e espaço-tempos relacionados são estudados em relatividade geral Abstract: Analytical and numerical solutions for the integral curves of the velocity field (streamlines) of a steady-state flow of an ideal fluid with p = ( g -1) equation of state are presented. When g = 2, the streamlines associated with an accelerate black hole and a rigid sphere are studied in some detail, as well as, the velocity fields of a black hole and a rigid sphere in an external dipolar field (constant acceleration field). In the latter case the dipole field may be produced by an axially symmetric halo or shell of matter. For each case the uid density is studied using contour lines. We found that the presence of acceleration is detected by these contour lines. For 1 < g < 2 we study the case of the core-dipole-shell model, we found that the non-linear in some detail, as well as, the velocity fields of a black hole and a rigid sphere in an external dipolar field (constant acceleration field). In the latter case the dipole field may be produced by an axially symmetric halo or shell of matter. For each case the uid density is studied using contour lines. We found that the presence of acceleration is detected by these contour lines. For 1 < g < 2 we study the case of the core-dipole-shell model, we found that the non-linear contribution appearing in the partial diferential equation for the velocity potential has little e ect in the form of the streamlines and density contour lines, but can be noticed in the density values. The study of several cases indicates that this appears to be the general situation. The accretion rate was also calculated in the black holes cases and we compared the results for several values of , we found it to increase when the constant decreases. As far as we know this is the first time that the integral curves of the velocity field for accelerate objects and related spacetimes are studied in general relativity Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar o desenvolvimento de transferência de calor laminar por convecção natural em canais de placas planas verticais sujeito a aquecimento assimétrico. São analisadas condições de contorno com fluxo de calor uniforme nas paredes das placas e temperatura da parede uniforme. Soluções para escoamento em regime permanente são obtidos para o ar para diferentes fluxos de calor e diferentes temperaturas nas paredes (acima da temperatura do fluido na entrada do canal); bem como para diferentes geometrias do canal (variação da distância entre as placas (b)). As equações foram escritas em diferenças finitas utilizando variáveis primitivas e resolvidas implicitamente, usando discretização central em todos os termos das equações governantes, exceto para o caso de fluxo de calor que foi utilizado diferença unilateral de três níveis nos termos da derivada da temperatma. Os resultados indicam que existe uma distância ótima entre as placas onde ocorre a máxima troca de calor entre as placas e o fluido. Os resultados foram comparados com a literatura, tanto trabalhos numéricos como experimentais Abstract: This work studies the developm.entof laminar free convection in vertical flat parallel plates with asymmetric heating. Thermal boundary conditions of uniform wall heat fluxes and uniform wall temperature are considered. Solutions of the flow on steady state are obtained for air at different wall heat fluxes and wall temperature differences (above the temperature of the fluid at the channel) and also different geometries of the channel (distance between the plates (b)). The equations were written in finite difference using primitive variables and they were solved by implicitesqueme all the terms of the governing equations, and by means of a three point derivative formula the terms wall temperature at heat fluxes. The results show there is one optimal distance between the plates to maximize the heat transfer. The results were compared with the literature, both numerical and experimentalworks Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos Alberto Gasparetto Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Neste trabalho é investigado o escoamento incompressível laminar permanente de fluido não-newtoniano com transferência de calor na região de entrada de tubos cilíndricos. A condição de contorno admitida é de temperatura constante na parede, tanto para aquecimento como para resfriamento. O escoamento é analisado experimentalmente com soluções aquosas de gomas Xantana e Guar com características reológicas do tipo pseudoplástico, cujos parâmetros foram determinados em reômetro de cilindros concêntricos. O comportamento dos fluídos é bem descrito pelo modelo de Lei de Potência. ? = K(?)n. A dependência de K com a temperatura é descrita por uma relação exponencial. Os resultados experimentais estão delimitados nos intervalos: 2x10-04 < Gz-1 < 10-02, 300 < Pr < 1000, 30 < Re < 400 e 30,9 < L/D < 135,8. Os resultados são reportados na forma de correlações entre os adimensionais de Reynolds, Prandlt e L/D, com o objetivo prático de calcular os coeficientes de transferência de calor e perda de carga do escoamento não isotérmico de entrada. Também foi desenvolvida modelagem desse escoamento, utilizando-se da formulação variacional, com uma proposta de funções para os campos de velocidade e temperatura. Os resultados experimentais, da modelagem e de trabalhos da literatura, são comparados e apresentam boa concordância Abstract: This is an investigation of non isothermal and non newtonian laminar flow in the entrance region of tubes. The flow is steady, incompressible and tube wall has constant temperature. Heating and cooling are considered. Experimental work was conducted using solutions of Xantan and Guar gums which exhibited pseudoplastic, as behaviour determined in a concentric cylinder rheometer. Power law fitted well the Theological behaviour of all fluids and temperature dependence between consistency index was of the exponencial type. Experiments lie in the ranges: 2x10-04 < Gz-1 < 10-02, 300 < Pr < 1000, 30 < Re < 400 e 30,9 < L/D < 135,8. Results were reported as correlations of the following non dimensional parameters: Reynolds, Prandlt e L/D, allowing practical calculations of heat transfer and pressure drop. Also a variational approach was developed with proposed functions to describe velocity and temperature fields. Comparison is carried among experimental, analytical and literature data and good agreement is observed Doutorado Doutor em Engenharia de Alimentos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico Desenvolvimento de uma metodologia para a análise numérica do comportamento dinâmico de válvulas tipo palheta, utilizando um modelo de um grau de liberdade e resolvendo, de forma acoplada e pelo método dos volumes finitos, o escoamento laminar, compressível, adiabático e em regime transiente periódico em difusores radiais concêntricos. Teve-se como motivação o aprimoramento de modelos matemáticos que visam o conhecimento dos fenômenos físicos envolvidos no funcionamento de compressores de refrigeração.

Orientador: Carlos Alberto Gasparetto Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Foram abordados neste trabalho a hidrodinâmica e a convecção em escoamento laminar em tubos cilíndricos do suco de laranja. Determinaram-se as propriedades físicas do suco: condutividade térmica, calor específico, difusividade térmica e massa específica em função da concentração, além dos parâmetros reológicos em função da concentração e da temperatura. O comportamento reológico do suco foi determinado numa faixa de 0 a 50°C e concentrações de 43, 53 e 65°Brix, usando um reômetro de cilindros concêntricos. Os resultados indicam que o suco de laranja comporta-se como um fluido não-newtoniano com características pseudoplásticas, sendo descrito pelo modelo de Ostwald-de-Waele do tipo: t = K y n. O parâmetro material K, índice de consistência, apresentou uma dependência da temperatura conforme a equação: K = K' exp [ - b (T-T0)] e o índice de comportamento n, foi considerado constante em função da temperatura. A condutividade térmica decresceu com o aumento da concentração do suco, segundo uma relação cúbica, o mesmo comportamento apresentou a difusividade térmica, enquanto o calor específico e a massa específica apresentaram funções lineares. A perda de carga no escoamento laminar do suco é expressa pela relação de gradientes adimensionais de pressão (v|/) em função do número de Graetz. A faixa de abrangência é 0,0048 a 0,4304. Os resultados experimentais de transferência de calor em escoamento não-isoviscoso são apresentados em termos de número de Nusselt em função do número de Graetz. Os casos tratados neste trabalho abrangem a faixa 1,73 < Gz < 253,66 e 0,71 < Nu < 33,38. A condição adotada para o problema de transferência de calor foi o escoamento plenamente desenvolvido com temperatura da parede constante. Foram consideradas desprezíveis a dissipação viscosa e a condução de calor na direção axial Abstract: This work deals with the hydrodinamic and convection in laminar flow through cylindrical ducts of orange juice. The thermal conductivity, specific heat, thermal difusivity and density as a function of juice concentration were determined. The Theological parameters as a function of juice concentration and temperature were also obtained. The Theological characteristics of the juice were studied in the temperature range of 0 to 50°C and concentrations of 43, 53 and 65°Brix, using a concentric cylinders rheometer. The results denoted a non-newtonian behaviour of the juice with pseudoplastic characteristics, described by the Ostwald-de-Waele model of the type x = K y n- The consistency index K was temperature dependent according to the equation K = K' exp [ - b (T-T0)]. The behaviour index n, was constant with temperature. The thermal conductivity and thermal difusivity decreased as juice concentrations increased by a cubic relation. Specific heat and density were linear functions of juice concentration. The pressure drop of the juice laminar flow is represented by admensional gradients (vy) as function of Graetz number. The range is from 0.0048 to 0.4304. The experimental results of heat transfer in the non-isoviscous flow are presented as Nusselt number as function of Graetz. The cases considered in this work are in the range of 1.73 < Gz < 253.66 and 0.71 < Nu < 33.38. The heat transfer problem considers the condition of fully developed flow, with constant temperature at the tube wall. Viscous dissipation and axial heat conduction were not considered Doutorado Doutor em Engenharia de Alimentos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico O presente trabalho refere-se ao estudo numérico, com validação experimental, do escoamento laminar, incompressível e isotérmico de ar em difusores radiais onde o disco frontal é inclinado. Este estudo tem sua motivação no aprimoramento do modelo de laboratório de um sistema de válvula de compressores de refrigeração. No procedimento experimental apresentam-se, detalhadamente, a especificação de todos os equipamentos utilizados, a descrição da bancada, a metodologia usada durante a tomada de dados e suas reduções. As equações governantes, escritas com uma transformação de coordenadas na direção axial, são solucionadas pelo método dos volumes finitos. O acoplamento entre pressão e velocidade é resolvido pelo algoritmo SIMPLE e os esquemas convectivos QUICK e Lei de Potência são testados. A validação do modelo numérico é realizada através da comparação do perfil radial de pressão sobre o disco frontal com uma solução analítica para difusor radial com discos paralelos, e também com resultados experimentais para o próprio difusor. Resultados de distribuição de pressão, força sobre a palheta e áreas efetivas de força e escoamento são apresentados a fim de se determinar a influência do afastamento entre os discos, do número de Reynolds e da inclinação do disco frontal sobre o escoamento. Além disso, são mostradas algumas características do campo de velocidade e plotam-se alguns gráficos de campos de pressão no interior do difusor. A inclinação do disco frontal altera significativamente os campos de velocidade e pressão, porém, os parâmetros globais como força e áreas efetivas de força e escoamento não são grandemente alterados. Para deteminadas combinações do número de Reynolds, do afastamento e da inclinação entre os discos, a distribuição de pressão apresenta regiões de pressão negativa que tende a succionar o disco frontal, e também, um momento resultante que tende a deixar os discos paralelos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre alguns dos principais métodos, em volumes finitos, para o tratamento do acoplamento pressão-velocidade na solução numérica de escoamentos bi-dimensionais de fronteiras não-ortogonais. O tratamento do acoplamento pressão-velocidade em escoamentos incompressíveis constitui um tópico de considerável relevância e o conhecimento de como cada um dos diversos métodos disponíveis se comporta em função da variação de seus principais parâmetros de controle (parâmetro de avanço no tempo, fatores de relaxação, número e forma dos volumes de controle) e da própria natureza do escoamento sob investigação (condições de contorno) e um requisito escoamento para os pesquisadores da área. Nos estudos ora desenvolvidos procura-se avaliar o desempenho dos métodos segregados SIMPLE, SIMPLER, SIMPLEC e PRIME, em comparação com um método de abordagem simultânea, o CELS, convenientemente extendido a partir da definição das equações algébricas de conservação de quantidade de movimento para as componentes contra variantes não-ortogonais. Como principal conclusão do trabalho, considerando-se os casos aqui analisados, verifica-se que, quando a solução é obtida via método CELS, este apresenta a maior habilidade no tratamento dos acoplamentos, muito embora nem sempre esta habilidade se traduza em menores tempos de computação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico No presente trabalho investiga-se numericamente, com validação experimental, a trasferência de calor em válvulas de compressores para um escoamento laminar e incompressível. A influência da vazão e do afastamento entre o assento e a palheta sobre o número de Nusselt e a temperatura de mistura é analisada parametricamente. A validação experimental é obtida através da técnica de sublimação do naftaleno. Em geral a concordância entre experimento e computação é boa. No entanto, para cada afastamento investigado, existe uma vazão a partir da qual os resultados experimentais se afastam dos resultados numéricos correspondentes, sugerindo o aparecimento de instabilidades hidrodinâmicas. Em geral, a transferência de calor aumenta com o aumento da vazão e com a diminuição do afastamento entre o assento e a palheta. Para pequenos afastamentos a temperatura do fluído na saída da válvula é bem próxima da temperatura da parede aquecida. Tal fato é patirculamente mais acentuado para baixas vazões.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico O presente trabalho é uma análise numérica, com validação experimental, do escoamento laminar, incompressível e isotérmico em difusores radiais. A motivação do trabalho veio da importância que a geometria dos difusores radiais tem no estudo do desempenho de sistemas de válvulas de compressores herméticos. São analisados o ecoamento para pequenos afastamentos entre os discos e, para afastamentos mais elevados, a influência do comprimento do orifício de passagem sobre o escoamento. Perfis de pressão sobre o disco frontal, e as respectivas forças resultantes, são apresentados a fim de se determinar a influência do afastamento entre os discos, do número de Reynolds e do comprimento do orifício de passagem sobre o escoamento. A bancada experimental é detalhada e são discutidos alguns aspectos importantes na tomada dos dados com o intuito de fornecer recomendações para a elaboração de análises experimentais em difusores radiais. Para pequenos afastamentos entre os discos, concluiu-se que a distribuição de pressão sobre o disco frontal é extremamente dependente do afastamento. Para determinadas combinações do número de Reynolds e do afastamento entre os discos, a distribuição de pressão apresenta regiões de pressão negativa. Nos maiores afastamentos analisados a região de pressão negativa é tão grande que passa a existir uma força de atração entre os discos. Observou-se também que, mesmo para os maiores afastamentos analisados neste trabalho, o comprimento do orifício de passagem não afeta o escoamento no difusor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Coordenação dos Programas de Pos-Graduação em Engenharia

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenahria Mecânica.

Orientador: Chang-Yu Liu Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: O problema da condensação pelicular laminar sobre uma parede vertical foi resolvido através da aplicação da Teoria da Camada Limite. Um parâmetro de velocidade adimensional ß, que é proporcional à velocidade normal variável na parede Vp e a coordenada longitudinal (xl/4) é definido para caracterizar o processo. Quando ß < O tem-se sucção e quando ß > O tem-se injeção. As equações diferenciais parciais da camada limite, através de uma trans formação de similaridade, são reduzidos em equações diferenciais ordinárias. O efeito da sucção e injeção variável sobre a transferência de calor, perfis de velocidades e temperaturas, espessura da película, razão de condensação e tensão de cisalhamento na parede é de mostrado através de vários exemplos, para Prandt1 1, 10 e 100. Abstract: The problem of laminar film condensation on a vertical wall has been solved by the application of Boundary Layer Theory. A dimensionless velocity parameter ß, which is proportional to, the variable normal velocity Vp and longitudinal coordinate (xl/4) is defined to characterize the process. When ß < O has suction and ß > O has injection. The partial differential equations of Boundary Layer, through a similarity transformation, is reduced to ordinary differential equations. The effects of variable suction and injection heat transfer, velocity and temperature profiles, film thickness, condensation rate and shearing stress on the wall are demonstrated through various examples to Prandt1 numbers 1, 10 and 100. Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica