Applications of generalized integral transform technique in the rapid solidification of metallic metals in the planar flow casting process / Aplicações da técnica de transformação integral generalizada na solidificação rápida de metais metálicos no processo de fundição em fluxo planar

The Planar Flow Casting (PFC) is a single-stage fast solidification technique to produce thin metallic ribbons. The objective of this research is to develop a mathematical model to analyze the phenomenon of heat transfer and phase change during the formation of the puddle, to determine the interface position and velocity and the temperature profile. The applied methodology consists of the use of the energy balance, where the equations of the energy (liquid and solid phases), and the equation of the interface are transformed through the Generalized Integral Transform Technique (GITT) being solved by the NDSolve routine of the Matemathica. This tool was capable to solve problem, can study the fast cooling of metals and obtain ribbons of thickness controlled by the speed of the wheel and for the heat transfer coefficient. Considering that the height of the pool is very small and the process time is very short, many eigenvalues were used to obtain the solution convergence. The results of the temperature distribution along the length of the puddle, the evolution of the solidification front and the interface velocity were compared with existing results in the literature, obtaining good harmony.

Estudo teórico experimental de sistemas de aquecimento de água usando coletores solares para uso residencial / Theoretical and experimental study of water heating systems using solar collectors for residential use

O aquecimento solar de água representa uma tecnologia ambiental que utiliza uma energia limpa, abundante, permanente, renovável, e não poluente. Este estudo, testou dois sistemas de aquecimento de água unifamiliares e um sistema híbrido solar/gás multifamiliar. O primeiro sistema utilizou 2 ou 3 coletores solares planos e 1 reservatório térmico de 200 litros, e o segundo sistema utilizou 1 ou 2 coletores solares tubulares evacuados e 1 reservatório térmico de 300 litros. Os resultados mostraram que os coletores evacuados ocupam uma área menor de captação de energia solar com custo superior e devido ajuste na inclinação dos coletores para obter um maior desempenho. No sistema híbrido foi realizada uma análise técnica comparando duas configurações: com recirculação (2012-2013) e sem recirculação (2018-2019). Os resultados mostraram que o desempenho do sistema atual diminuiu, provocando um maior consumo de água quente nos apartamentos com maior consumo de gás, mas com menor custo devido o gás natural ser mais barato que o gás liquefeito do petróleo. Concluiu-se que é muito importante avaliar o desempenho dos sistemas periodicamente, para evitar perdas de energia com consequências econômicas e ambientais. A tecnologia solar é viável desde que seja utilizada com responsabilidade e conhecimento técnico garantindo a sustentabilidade

Soluções híbridas na determinação da espessura da camada limite hidrodinâmica e térmica de maneira acoplada

Neste artigo é resolvido um problema conjugado condução-convecção externa, no escoamento laminar incompressível de um fluido newtoniano sobre uma placa plana, em regime permanente, com objetivo de mostrar o perfil de velocidade, temperatura e as camadas limites hidrodinâmica e térmica. As equações de momento e energia são transformadas usando mudança de variável para determinar as espessuras das camadas limites. Para resolver o problema acoplado foi necessário utilizar, no campo hidrodinâmico, a solução analítica exata da espessura da camada limite hidrodinâmica, enquanto no campo térmico foi utilizada a relação entre o número de Prandtl e a espessura da camada limite hidrodinâmica. As equações diferenciais parciais da quantidade de movimento e da energia são transformadas em equações diferenciais ordinárias através da técnica da transformada integral generalizada, que apresenta uma solução híbrida analítica-numérica, tornando possível determinar a espessura da camada limite hidrodinâmica sem utilizar o método de similaridade (solução de Blasius), o que mostra um tratamento inédito na resolução deste problema. A evolução da posição da camada limite hidrodinâmica foi calculada e comparada com soluções aproximadas, obtendo-se excelentes resultados. No campo térmico, variando os parâmetros adimensionais Prandtl e Reynolds, observou-se um comportamento inversamente proporcional a espessura da camada limite, conforme previsto na literatura.

Soluções híbridas na determinação da espessura da camada limite hidrodinâmica e térmica de maneira acoplada

Neste artigo é resolvido um problema conjugado condução-convecção externa, no escoamento laminar incompressível de um fluido newtoniano sobre uma placa plana, em regime permanente, com objetivo de mostrar o perfil de velocidade, temperatura e as camadas limites hidrodinâmica e térmica. As equações de momento e energia são transformadas usando mudança de variável para determinar as espessuras das camadas limites. Para resolver o problema acoplado foi necessário utilizar, no campo hidrodinâmico, a solução analítica exata da espessura da camada limite hidrodinâmica, enquanto no campo térmico foi utilizada a relação entre o número de Prandtl e a espessura da camada limite hidrodinâmica. As equações diferenciais parciais da quantidade de movimento e da energia são transformadas em equações diferenciais ordinárias através da técnica da transformada integral generalizada, que apresenta uma solução híbrida analítica-numérica, tornando possível determinar a espessura da camada limite hidrodinâmica sem utilizar o método de similaridade (solução de Blasius), o que mostra um tratamento inédito na resolução deste problema. A evolução da posição da camada limite hidrodinâmica foi calculada e comparada com soluções aproximadas, obtendo-se excelentes resultados. No campo térmico, variando os parâmetros adimensionais Prandtl e Reynolds, observou-se um comportamento inversamente proporcional a espessura da camada limite, conforme previsto na literatura. </p

Estudo teórico e experimental da tecnologia dessecante aplicada ao condicionamento de ar em João Pessoa

Os rotores dessecantes são trocadores rotativos de calor e massa, tipo ar-ar, impregnados com material adsorvente, utilizados para desumidificação do ar úmido. Neste trabalho, é realizado um estudo teórico-experimental sobre o comportamento/desempenho de um rotor dessecante, usado para sistema de condicionamento de ar dessecante, funcionando sob as condições climáticas da cidade de João Pessoa. O problema consiste de um rotor cilíndrico rotativo, tipo Honeycomb, impregnado de material dessecante, através do qual passam dois fluxos de ar contrários: um de processo (adsorção) e outro de regeneração (dessorção). Foi testado e validado um modelo matemático unidimensional, transiente, envolvendo as transferências de calor e massa na corrente fluida e na matriz adsortiva, sendo composta por equações de conservação de massa e de energia, uma isoterma de adsorção e relações psicrométricas. Esse sistema de equações foi discretizado via método dos volumes finitos, formulação totalmente implícita, com arranjo desencontrado. O procedimento numérico para solução utilizou a técnica iterativa de Gauss-Seidel com sub-relaxação e o algoritmo de Thomas (TDMA). Os resultados indicam que o modelo matemático necessita de aprimoramento para representar com maior precisão os resultados experimentais, pois apresentaram erros relativos máximos de 10% para temperatura e 14 % para razão de umidade

Estudo teórico e experimental da tecnologia dessecante aplicada ao condicionamento de ar em João Pessoa

Os rotores dessecantes são trocadores rotativos de calor e massa, tipo ar-ar, impregnado com material adsorvente, utilizados para desumidificação do ar úmido. Neste trabalho é realizado um estudo teórico experimental sobre o comportamento/desempenho de um rotor dessecante, usado para sistema de condicionamento de ar dessecante funcionando sob as condições climáticas da cidade de João Pessoa. O problema consiste de um rotor cilíndrico rotativo, tipo Honeycomb, impregnado de material dessecante, através do qual passam dois fluxos de ar contrários: um de processo (adsorção) e outro de regeneração (dessorção). Foi testado e validado um modelo matemático unidimensional, transiente, envolvendo as transferências de calor e massa na corrente fluida e na matriz adsortiva, sendo composta de equações de conservação de massa e de energia, uma isoterma de adsorção e relações psicrométricas. Este sistema de equações foi discretizado via método dos volumes finitos, formulação totalmente implícita, com arranjo desencontrado. O procedimento numérico para solução utilizou a técnica iterativa de Gauss-Seidel com sub-relaxação e o algoritmo de Thomas (TDMA). Os resultados indicam que o modelo matemático necessita de aprimoramento para representar com maior precisão os resultados experimentais, pois apresentaram erros relativos máximos de 10% para temperatura e 14 % para razão de umidade.</p