[pt] Um dispositivo experimental foi desenvolvido para o estudo do superresfriamento da água em cápsulas cilíndricas visando sua utilização em processos de termoacumulação. A bancada experimental é constituída basicamente por: seção de teste, sistema de resfriamento, sistema de visualização, sistema de aquisição e armazenamento de dados. A temperatura do fluido externo, ou fluido de transferência (FT), uma solução aquosa de álcool a 50% por volume, foimantida constante por um banho de temperatura controlada durante cada teste. O trabalho foi dividido em quatro etapas. A primeira trata do estudo estatístico do super-resfriamento e da nucleação, em que foram utilizados 3 materiais distintos (alumínio, acrílico e PVC) para cápsulas de 30 e 80 mm de diâmetro com diferentes tipos de rugosidade, e diferentes temperaturas do FT. A segunda etapa investiga a Taxa de Resfriamento, parâmetro que quantifica a queda da temperatura e influencia fortemente o super-resfriamento e a nucleação. Na terceira etapa, foi estudada a influência da rugosidade da parede interna da cápsula. Nesta etapa, quatro cápsulas de alumínio distintas, com diferentes rugosidades, foram utilizadas. Finalmente, na quarta etapa foram realizadas visualizações do fenômeno de nucleação. Os resultados obtidos indicam que o material da cápsula (condutividade e rugosidade) e a temperatura do FT têm grande influência nos fenômenos de super-resfriamento e nucleação da água em cápsulas cilíndricas, afetando fortemente o processo de mudança de fase. / [en] An experimental device was developed for the super-cooling water in cylindrical capsules study, seeking its use in term- accumulation processes. The experimental set is constituted basically by: test section, cooling system, visualization system, and data logger system. The temperature of the external fluid, or transfer fluid (FT), an alcohol aqueous solution with 50% per volume, it was maintained unchangeably with a bath controlled temperature during each test. The work was divided in four stages. The first one is about the statistical study of the super-cooling and nucleation, where 3 distinct materials were used (aluminum, acrylic and PVC) for capsules of 30 and 80 mm diameter, different roughness type, with different temperatures of FT. The second stage investigates the Cooling Rate, parameter that quantifies the falling of the temperature and it influences strongly the super-cooling and the nucleation process. In the third stage, the influence of the internal wall of the capsule was studied. In this stage, four different capsules of aluminum, with different roughness were used. Finally, in the fourth stage, visualizations of the nucleation phenomenon were accomplished. The obtained results indicate that the capsule material (conductivity and roughness) and the FT temperature has great influence in the phenomena of super-cooling and nucleation of the water in cylindrical capsules, affecting, strongly, the process of phase change.

[pt] Um dispositivo experimental foi desenvolvido para o estudo do super-resfriamento da água em cápsulas cilíndricas visando sua utilização em processos de termo-acumulação. A bancada experimental é constituída basicamente por: seção de teste, sistema de resfriamento, sistema de visualização e sistema de aquisição e armazenamento de dados. A temperatura do fluido externo, ou fluido de transferência (FT), uma solução aquosa de álcool a 50% por volume, foi mantida fixa por um banho de temperatura controlada durante cada teste. O trabalho foi dividido em quatro etapas. A primeira trata do estudo estatístico do super- resfriamento e nucleação, onde foram utilizadas 4 cápsulas de materiais distintos (alumínio, bronze, PVC e acrílico) de 45 mm de diâmetro, com diferentes temperaturas do FT. A segunda etapa investiga a Taxa de Resfriamento, parâmetro que quantifica a queda da temperatura e influencia fortemente o superresfriamento e a nucleação. Na terceira etapa, foi estudada a influência da rugosidade da parede interna da cápsula. Nesta etapa, quatro diferentes cápsulas de alumínio, com diferentes rugosidades, foram utilizadas. Finalmente, na quarta etapa, foram realizadas visualizações do processo de nucleação para posterior processamento e melhor entendimento do fenômeno. Os resultados obtidos indicam que o material da cápsula (condutividade e rugosidade) e a temperatura do FT têm grande influência nos fenômenos de super-resfriamento e nucleação da água em cápsulas cilíndricas, afetando, fortemente, o processo de mudança de fase. / [en] An experimental device was developed to investigate the supercooling phenomenon in water inside cylindrical capsules used for cold storage process. The experimental device is formed by the test section, the cooling system, the visualization system and the data acquisition and storage system. The temperature of the transfer fluid (TF), a water-alcohol mixture (50% volume), is controlled by a constant temperature bath (CTB). The work was divided in four stages. The first is the statistical study of the supercooling and nucleation phenomena, where four capsules of 45 mm diameter made with different materials (aluminum, brass, PVC and acrylic) had been used, with different temperatures of the FT. The second stage studies the Cooling Rate, a parameter related to the supercooling and nucleation phenomena. In the third stage, the influence of the superficial roughness of the internal wall was investigated. Four aluminum capsules, with different roughness, were used. Finally, in the fourth stage, visualizations of the nucleation process had carried out, for posterior processing and analysis. The results indicate that the material of the capsule (conductivity and roughness) and the temperature of the TF have a considerable influence in the supercooling and nucleation phenomena of the water inside cylindrical capsules, strongly affecting the phase change process.

[pt] Esta dissertação revisita quatro modelos multiaxiais de dano por fadiga (SWTD, SWT, Findley e Crossland) e discute a sua aplicação na previsão do risco de nucleação de trinca sob solicitações de fadiga por fretting segundo as abordagens local e não-local. As previsões do risco de nucleação de trinca obtidas através dos modelos estudados foram confrontadas com dados experimentais disponíveis na literatura para o contato cilindro/plano em aços AISI 52100 e AISI 1034 respectivamente. As melhores previsões foram obtidas através da versão desviadora SWTD. Segundo a abordagem local, o modelo SWTD fez previsões menos conservativas que os demais, sendo estas com erros conservativos inferiores a 15 porcento. Segundo a abordagem não-local, os quatro modelos geram previsões com erros inferiores a 15 porcento se os mesmos forem calibrados de forma independente. É importante mencionar que as melhores previsões obtidas através da abordagem não-local (que requer a calibração de um parâmetro adicional) são similares àquelas obtidas por SWTD local. Especificamente para os testes de fadiga por fretting com carga remota, o modelo SWTD não-local gerou previsões com 100 porcento de acertos (13 testes). Segundo a abordagem não-local, foi verificado que, para o conjunto de testes estudado, a precisão nas previsões é mais influenciada pela dimensão característica (que deve ser calibrada) que pelo modelo de fadiga multiaxial ou método de integração considerado. Por fim, verificou-se que previsões não conservativas podem ser obtidas ao se considerar uma dimensão característica assumida como parâmetro material (sem calibração) tal qual a distância crítica proposta por Taylor, definida em termos do método do ponto. / [en] This work presents and discusses four multiaxial fatigue damage models (SWTD, SWT, Findley and Crossland) applied to crack nucleation prediction under fretting fatigue loadings according to the local and the non-local approaches. The predictions have been compared with experimental data available in the literature for the cylinder on flat configuration made of 52100 and 1034 AISI steel s respectively. In particular, for the data set analyzed, SWTD parameter (deviatoric version of SWT model) predictions were less conservative than the ones made by the other three models and have better correlated the experimental results. Considering the local approach, the error observed on the SWTD predictions was lower than 15 percent. On the other hand, for the non-local approach, it has been demonstrated that the four multiaxial fatigue models can provide crack nucleation predictions with similar level of accuracy (error lower than 15 percent) if the characteristic dimension is calibrated model-by-model. Note that this same level of accuracy was obtained with SWTD parameter defined in terms of the local approach, which requires one less parameter to be calibrated (characteristic dimension). In particular, considering only the fretting fatigue tests with bulk stresses, SWTD non-local (area method) prediction accuracy was 100 percent (13 tests). For the material studied, it has also been concluded that the non-local predictions accuracy depends more on the calibrated characteristic dimension than on the multiaxial model or integration method considered. Moreover, it has been verified that non-conservative predictions can be made if the characteristic dimension is assumed as a material property as proposed by Taylor on the critical distances theory (point method).