Desenvolvimento e construção de aparato experimental para caracterização da camada limite térmica laminar com base em modelagem via GITT
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19479 |
Resumo: | The present work aims to solve the mathematical model for characterization of the laminar thermal boundary layer using GITT (Generalized Integral Transform Technique) and with the results obtained from the modeling, to develop and build an experimental apparatus able to perform this characterization.A thermal boundary layer corresponds to a variation of the temperature field that occurs in a region near the wall of a solid body when it is exposed to fluid flow at a different temperature from its own. Studying it is important for many industrial applications, such as cooling system design for electronic components, solar energy capture, geothermal reservoirs, and advanced oil recovery The simulation results presented will be confronted with the results existing in the specialized literature. Currently, the techniques used to verify the thermal boundary layer apply invasive methods. The prototype developed to characterize the thermal boundary layer will be built based on a non-invasive method from the electromagnetic field model of a capacitive sensor. This sensor consists of two semi-cylindrical copper plates in opposite positions of a borosilicate glass tube. The liquid that fills the interior of the circular tube together with the borosilicate glass tube becomes the dielectric of the capacitor made up of the plates, making the sensor's response vary according to the characteristics of the liquid that is present inside the tube. Thermoelectric modules for liquid cooling in the tube and PT-1000 sensors were used to check the temperature that was controlled by PID controllers (Proportional, Integral and Derivative) tuned using the Ziegler-Nichols technique. |
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Desenvolvimento e construção de aparato experimental para caracterização da camada limite térmica laminar com base em modelagem via GITTCamada limite térmicaSensor capacitivoMétodo não invasivoGITTPIDThermal boundary layerCapacitive sensorMixture analyzerNon-invasive methodCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAThe present work aims to solve the mathematical model for characterization of the laminar thermal boundary layer using GITT (Generalized Integral Transform Technique) and with the results obtained from the modeling, to develop and build an experimental apparatus able to perform this characterization.A thermal boundary layer corresponds to a variation of the temperature field that occurs in a region near the wall of a solid body when it is exposed to fluid flow at a different temperature from its own. Studying it is important for many industrial applications, such as cooling system design for electronic components, solar energy capture, geothermal reservoirs, and advanced oil recovery The simulation results presented will be confronted with the results existing in the specialized literature. Currently, the techniques used to verify the thermal boundary layer apply invasive methods. The prototype developed to characterize the thermal boundary layer will be built based on a non-invasive method from the electromagnetic field model of a capacitive sensor. This sensor consists of two semi-cylindrical copper plates in opposite positions of a borosilicate glass tube. The liquid that fills the interior of the circular tube together with the borosilicate glass tube becomes the dielectric of the capacitor made up of the plates, making the sensor's response vary according to the characteristics of the liquid that is present inside the tube. Thermoelectric modules for liquid cooling in the tube and PT-1000 sensors were used to check the temperature that was controlled by PID controllers (Proportional, Integral and Derivative) tuned using the Ziegler-Nichols technique.NenhumaO presente trabalho, tem por objetivo resolver o modelo matemático para caracterização da camada limite térmica laminar utilizando GITT (Técnica da Transformada Integral Generalizada) e a partir dos resultados obtidos dessa modelagem desenvolver e construir um aparato experimental capaz de realizar esta caracterização. A camada limite térmica, corresponde a uma variação no campo de temperatura, que ocorre numa estreita região junto à parede de um corpo sólido, quando o mesmo é exposto a um escoamento de um fluido a uma temperatura distinta da sua. Seu estudo é importante para diversas aplicações industriais, como em projeto de sistemas de arrefecimento para componentes eletrônicos, na captação de energia solar, reservatórios geotérmicos e recuperação avançada de petróleo. Os resultados de simulação apresentados serão confrontados com resultados encontrados na literatura especializada. Atualmente, as técnicas utilizadas para a verificação da camada limite térmica têm sido aplicadas por métodos invasivos. O protótipo desenvolvido para caracterização da camada limite térmica laminar será feito com base em um método não invasivo a partir do modelo do campo eletromagnético de um sensor capacitivo. Este sensor é constituído de duas placas semicilíndricas de cobre em posições opostas de um tubo de vidro borossilicato. O líquido que preenche o interior de um tubo em formato circular em conjunto com o tubo de vidro borossilicato, torna-se o dielétrico do capacitor constituído pelas placas, fazendo com que a resposta do sensor seja variável de acordo com as características do líquido que está presente no seu interior. Utilizou-se módulos termoelétricos para resfriamento do líquido no tubo e sensores do tipo PT-1000 para verificação da temperatura que foi controlada por controladores PID (Proporcional, Integral e Derivativo) sintonizados utilizando a técnica de Ziegler-Nichols.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBBelo, Francisco Antôniohttp://lattes.cnpq.br/9462923096505763Lima, Fábio Araújo de2021-02-20T22:51:27Z2021-01-262021-02-20T22:51:27Z2019-11-01info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19479porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2021-08-11T19:38:31Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/19479Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2021-08-11T19:38:31Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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