[pt] Este trabalho investiga experimentalmente a ação dos efeitos de parede na diferença de pressão adicional, delta P mais, ocasionada pela sedimentação de uma partícula esférica ao longo do eixo de colunas circular e triangular cheias de fluido viscoso, com movimento em números de Reynolds da partícula inferiores a 2. Diferenças de pressões foram determinadas para relações de dimensões características da partícula e do duto (a/R0) entre 0,20 e 0,82 numa faixa de números de Reynolds compreendida dentro do Regime de Oseen. Os resultados plotados como diferença de pressão adimensional, delta P mais A/D, VS. a/R0, onde A é a secção transversal da coluna e D a força de arraste sobre a partícula, foram aproximados por séries de polinômios de Chebyshev para a/R0 variando de 0 a 0.82. A equação de HAPPEL e BYRNE2 que inclui correção para efeitos de parede foi comparada com os resultados encontrados para coluna circular, verificando-se a validade dessa equação até aproximadamente a/R0 igual 0,34 e movimento em números de Reynolds da partícula inferiores a 2. / [en] In this work we investigate the wall effects on the addicional pressure difference induced by the settling of spherical particles along the axis of cylinders of circular and triangular cross sections, which is full of a viscous fluid, for particle Reynolds numbers less than two. Pressure differences were determinated for relationships of the particle characteristic dimension to the tube radius (a/R0) between 0,20 and 0,82, in a range for the Reynolds numbers within the Oseen regime. The results for the pressure difference, delta P more A/D VS. a/R0, where A is the cross section área of the tube and D the drag on the particle, are plotted for a a/R0 varying from 0 to 0,82, and were approximated by on interpolating Chebyshev polinomial. The equations of HAPPEL and BYRNE2 which includ correction terms for the wall effects, was compared with the results obtained for the circular tube. The experimental results indicate that the HAPEL and BYRNE equation is valid for values of a/R0 up to 0,34, approximately, and particle Reynolds numbers less than two.

[pt] O presente trabalho, estudando o comportamento de bolhas de ar em água purificada, mostra que na faixa de raios equivalentes de 0,07 a 0,80 cm, a trajetória não é linear. O uso de um equipamento com quatro câmaras fotográficas - situadas duas a duas sobre a mesma vertical e em planos verticais e em planos verticais perpendiculares, contendo o ponto de largada da bolha- dá uma visualização tridimensional do fenômeno. Desenvolveu-se um modelo geométrico para a análise do fenômeno, utilizando-se de um referencial do tipo Lagrangeano. Esse referencial se traslada sobre a curva que liga, os centros das revoluções da trajetória se prejeta no plano perpendicular a esta reta segundo elipses praticamente perfeita. Determinaram-se os valores médicos dos parâmetros dessas elipses, bem como o ângulo da trajetória com a vertical. Constatou-se que esses valores médicos definem uma curva aproximadamente contínua, que apresenta um máximo pra r igual a 0,18 cm, verificando-se que: a ordem de grandeza desses valores médios na região de máximo é muito maior que o desvio, dos valores médicos. Mediu-se a velocidade, U, de translação da bolha uma onde durante uma revolução, bem como o seu período, concluindo-se que a velocidade instantânea da bolha varia dentro de cada revolução. Registrou-se a forma e as pulsações das bolhas durante o seu movimento. / [en] The present work, study the behavior of bubble of air in purified water, shows that in range of equivalent radii between 0.07 to 0.80 cm, the trajectory is not linear. Fours cameras, were used to obtain a theree dimensional visualization of the perpendiculary intersecting planes for this purpose. A geometrical model utilizing a Lagrangean type of reference is developed in order to analyze the phenomenon. This reference is translating parallely to the phenomenon. This reference is translating parallely to the straight line that best approximates the locus of points formed by the center of revolution of the bubble trajectory on a perpendicular plane that straight line is that of a series of practically perfect ellipses. The average values of the parameters a and b of the parameters a and b of these ellipses is determined as well as the angle that the trajectory makes with the vertical. It is found that theses average values a and b can be represented by an appoximately continuose curve as a fuction of bubble radius; whose maximum point is located at a Value of r between the range 0.07 to 0.80 cm. This verifies that the order of maximum point is larger than the deviation from the measured values. It is found that although the vertical component of velocity is constant one revolution to the next, the instantaneous velocity within each revolution vaies. The bubble shape and its fluctuation are also recordede here.

[pt] O aumento da poluição nos grandes centros urbanos tem forçado a demanda por novos equipamentos capaz de fazer a amostragem correta das partículas em suspensão no ar. Estas partículas são de especial atenção, pois causam danos à nossa saúde. As partículas menores que 10um são consideradas inaláveis, sendo que as de tamanho menores que 3um são consideradas respiráveis, atingindo a região alveolar dos pulmões. Na busca para a diminuição dos efeitos da poluição, faz-se necessário monitorar as características físicas dos aerossóis (concentração e tamanho). No entanto, os procedimentos necessários para a calibração de medidores de aerossol são mal definidos, sem instruções formais e documentação. A fim de prover um ambiente com escoamento uniforme e controlado, foi construída uma câmara de calibração de aerossol, com pressão atmosférica em torno de 1atm e velocidade do ar variando entre 1,1cm/s a 3,1cm/s, para avaliação de amostradores de aerossol. Essa câmara é grande o bastante para acomodar vários instrumentos simultaneamente, tendo uma área de seção de teste relativamente ampla (aproximadamente 1,0m2) com uma concentração de aerossol controlável. Esta pesquisa propõe uma metodologia de calibração de amostradores atmosféricos em geral e em particular de impactadores em cascata. Adota metodologia de cálculo de incerteza de medição segundo o Guia para a expressão da Incerteza de Medição e utiliza terminologia respaldada no Vocabulário internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia. Utilizando a Metrologia como ciência, para solucionar problemas oriundos da Medição de Aerossol. / [en] Increasing pollution in large urban centers has forced the demand for new equipment capable of making a correct sampling of the particles suspended in the air. These particles are of particular attention because they cause damage to our health. Particles smaller than 10um are considered respirable, and the size smaller than 3um are considered respirable, reaching the alveolar region of the lungs. In seeking to reduce the effects of pollution, it is necessary to monitor the physical characteristics of aerosols (size and concentration). However, the procedures for calibration of aerosol are poorly defined, without formal instruction and documentation. In order to provide an environment with controlled and uniform flow, we constructed a calibration chamber aerosol, with atmospheric pressure around 1atm and air velocity ranging between 1.1cm/s to 3.1 cm/s for evaluation of samplers aerosol. This chamber is large enough to accommodate multiple instruments simultaneously, having a test section area relatively wide (approximately 1.0m2) at a concentration of aerosol controllable. This research proposes a methodology for calibration of atmospheric samplers in general and in particular of cascade impactors. It adopts the methodology of calculation of measurement uncertainty according to the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement and uses terminology backed Vocabulary international General Terms and Fundamental Metrology. Using Metrology as a science, to solve problems arising from the Aerosol Measurement.

[pt] A partir das equações fundamentais da teoria clássica das misturas, é proposto um modelo simplificado, em regime pseudo-estacionário e isotérmico, da gaseificação do carvão sofrendo gaseificação com vapor dágua é analisada por meio de balanços diferenciais de conservação de massa de cada espécie química. O modelo leva em conta as reações do vapor dágua com o carbono e o monóxido de carbono. Estas duas reações aparecem no modelo como condições de contorno lineares, que englobam fenômenos intraparticulares, os quais são agrupados à superfície. As condições ambientais são consideradas constantes. Também são incluídas equações diferenciais que permitem calcular a taxa de consumo de vapor dágua e calor, a taxa de gaseificação e a taxa de geração de monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio. Por meio de simulação digital foi possível estudarem-se os efeitos, sobre o processo, da granulometria, temperatura e fração volumétrica de vapor dágua no meio ambiente. As equações cinéticas utilizadas neste trabalho são aquelas do carvão de charqueadas, Rio Grande do Sul, Brasil. / [en] A simplified model for steady, isothermal diffusion in the layer surrounding a spherical carbon particle undergoing steam gasification process is considered by way of the classical theory of reacting fluid mixtures. The model accounts for the steam – carbon reaction and the steam – carbon monoxide reaction. These two reactions appear in the model as linear boundary conditions that comprise the intraparticle effects, which are lumped at the surface. The ambient conditions are assumed to be constant. Differential equations for the calculation of steam and heat rate consumption, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen rate generation and rate of gasification are also included. By means of digital simulation it was possible to study the effects of particle radius, temperature and steam concentration on the process. The kinect equations used in this paper are those of coal from Charqueadas, State of Rio Grande do Sul, Brasil.

[pt] O parque industrial nos países em desenvolvimento necessita, cada vez mais, se adaptar a uma nova filosofia de serviço em que equipamentos considerados como seguros são aqueles que podem ser inspecionadas de forma confiável. Neste contexto, ensaios não destrutivos (END) são valiosas ferramentas usadas no controle de qualidade, manutenção de componentes e, principalmente, na avaliação da integridade estrutural de tais equipamentos. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de diferentes técnicas de END (radiação penetrante, partículas magnéticas e ultrassom) na detecção de descontinuidades simuladas em amostras de material metálico e de compósito. Os resultados experimentais mostraram que os ensaios com raios X, dentre todas as técnicas adotadas na inspeção da amostra metálica, apresentou a maior eficiência na detecção das diferentes geometrias de descontinuidades. Entretanto, nenhuma das técnicas de END possibilitou a detecção de descontinuidades na amostra do material compósito. / [en] The industrial park in developing countries need, increasingly, to adapt to a new service philosophy in which equipments considered as safe are those that can be inspected in a reliable way. In this context, non-destructive testing (NDT) are valuable tools used in quality control, maintenance of components and especially in assessing the structural integrity of such equipment. This study aimed to evaluate the efficiency of different NDT techniques (penetrating radiation, ultrasound and magnetic particles) in the detection of simulated discontinuities in samples of metallic and composite materials. The experimental results showed that the X-ray, considering all techniques adopted in the inspection of the metallic sample, showed the highest efficiency in the detection of different geometries of discontinuities. However, anynone of NDT techniques allowed the detection of discontinuities in the sample of the composite material.

[pt] Os materiais usados como agentes de sustentação em operações de fraturamento para estimular a produção em poços de petróleo devem exibir propriedades tais que garantam a estabilidade da fratura, ao mesmo tempo que assegure o escoamento do fluido da formação pelo material de sustentação. Em virtude das diferentes condições encontradas nas formações rochosas, materiais com diferentes características prestam-se a esta finalidade. A busca por materiais alternativos é desejável para otimizar desempenho e minimizar custos.Este trabalho relata a avaliação de diferentes materiais para uso como gente de sustentação. Os materiais testados são: piso cerâmico moído, porcelanato granulado, miçangas vazadas e miçangas maciças (ambas usadas na confecção de bijuterias) e microesferas de vidro. Os materiais foram submetidos à avaliação previstas nas normas API, ISO e ABNT aplicáveis.Os resultados mostraram que as microesferas de vidro possuem potencial de uso como propantes, desde que revestidas com resina fenólica, enquanto que os demais materiais falham em algum dos critérios de avaliação, principalmente da resistência ao esmagamento. / [en] Materials used as propant in hydraulic fracturing to improve production in oil wells must present properties that promote machanical stability of the fracture and sustain the flow of fluid from the reservoir through the fracture filled with the propant material. Due to diferent service conditions found in oil reservoirs, materials with different group of properties can be used with this finnality. The development of alternative materials is required to optimize peformance and minimize costs. This work reports the evaluation of some materials to be used as propants. They are: milled floor tile, granulated porcelanate, glass hollow beads and glass massive beads (used in the manufacturing of jewelry) and glass microspheres. These materials were evaluated according to tests previewed in specific API, ISO and ABNT technical standards.The results have shown that the glass microspheres satisfy the specifications stated by the standards, since it is recovered with phenolic resin, while the other materials eventually fail in some evaluation criterion, mainly in crash resistance.

[pt] O estudo teve por objetivo investigar o mecanismo de formação de trincas superficiais na direção longitudinal de laminação em barras do aço 1538 DH adotado na fabricação de componentes para a indústria automobilística. Tem-se conseguido alguns avanços no entendimento dos mecanismos de trincamento de produtos laminados, porém tais avanços não permitem, até o presente momento, a eliminação total do problema, o que vem causando o sucateamento de um expressivo percentual de produtos siderúrgicos. No escopo deste trabalho chegou-se a características microestruturais do material que sugerem as causas do trincamento durante o processo de laminação e, para tal, realizou-se o mapeamento das trincas, análises por microscopia ótica, classificação das inclusões, caracterizações por microscopia eletrônica de varredura e EDS, difração de raios-X, ensaios de tração, ensaios de dureza e microdureza, bem como simulação de ciclos térmicos. Os resultados destas análises indicaram que a nucleação e posterior propagação das trincas podem estar relacionadas à presença de precipitados de segunda fase em regiões interdendríticas, o que causaria a fragilização do contorno de grão durante laminação a quente. / [en] The purpose of this study was to investigate the cracking mechanism with regard to longitudinal surface cracks in rolled 1538 DH steel bars used for the automotive industry. Although some advances have been achieved concerning the understanding of the cracking mechanism, the problem is not yet totally eliminated and still causing the scraping of a significant percentage of steel products. In the course of this work it was possible to determine some microstructural characteristics of the material which may lead to cracking due to the rolling process. In this sense, it was necessary to carry out an experimental procedure that included crack mapping, optical microscopy, classification of the inclusions, scanning electron microscopy, EDS analysis, X- ray diffraction, tensile testing, hardness and microhardness evaluation as well as thermal cycle simulations. The results seem to suggest that the crack nucleation and crack propagation are related to the presence of interdendritic second phase particles which induce to grain boundary embrittlement during hot rolling.

[pt] O presente trabalho descreve uma investigação referente ao movimento relativo entre partículas rígidas e fluidas de natureza Newtoniana ou Não-Newtoniana. Experimentos inéditos envolvendo partículas rígidas esféricas e cilíndricas são realizados com o objetivo de se validar uma teoria, que permite que parâmetros relevantes do escoamento perturbem pela presença de partículas rígidas, possam ser calculado em função de parâmetros do escoamento não perturbando-escoamento em ausência da partícula perturbadora. Embora a teoria refira-se, indistintamente, ao escoamento relativo entre a partícula rígida e o fluido, no âmbito do presente trabalho, e sem perda generalidade, estudou-se sempre a queda de partículas em um meio fluido estacionário. Três diferentes classes de sistema fluido-partícula foram investigadas-partícula cilíndrica e fluida Newtoniano, (ii) partícula e fluido Não-Newtoniano e (iii) partícula esférico e fluido Não Newtoniano. Para o caso de fluidos Newtonianos, além de se comprovar a teoria dentro dos limites do domínio de validade inicialmente previstos para esta (Rep menor que 2,0), são realizados experimentos que extrapolam este domínio, obtendo-se resultados surpreendentes, entre os quais, a constatação experimental da validade da teoria - originalmente desenvolvida para o Regime de Oseen, além deste regime. Apresenta-se, também, uma análise física fundamentada nas equações de movimento, objetivando explicar uma complexa transição de comportamento observada. Transição esta que, embora já detectada em trabalhos anteriores, carecia de uma interpretação física adequada. Experimentos envolvendo fluidos Não-Newtonianos puramente viscosos do tipo power law-apresentando diferente valores do expoente power law - 0,75 menor que n menor que 0,91 - e partículas rígidas esféricas ou cilíndricas, foram realizados no regime hidrodinâmico com Reynolds variando de 0,03 a 46. Os resultados obtidos comprovam a validade da teoria, ampliando seu domínio de validade a situações até então não investigadas. Com base no presente trabalho é sugerida uma original abordagem a respeito do comportamento da teoria, com a generalização e ampliação do seu domínio de validade. O trabalho apresenta, também, uma contribuição ao complexo processo de fabricação de fluidos Não-Newtonianos, com propriedades reológicas pré-determinadas, resumindo e criticando outras experiências esparsamente publicadas na literatura. Diferentes técnicas de viscosimetria são testadas objetivando-se a obtenção das propriedades reológicas dos fluidos utilizados. Com base em intercomparações de métodos realizadas, bandas de incerteza mais realistas foram propostas com condicionantes inerentes aos diferentes métodos testados. Finalmente, é apresentado um estudo relativo a influência que a proximidade das paredes do duto exerce na força de atraso viscoso atuante sobre a partícula. / [en] This work describes an investigation concerning the relative motion of solid particles in Newtonian and Non-Newtonian flows. Inedit experiments involving particles of spherical and cylindrical shapes are perfomed in order to validate a theory which allows properties of the disturbed flow to be measured by means of properties of the undisturbed flow. Based on the nature of the governing equations, physical insigts are provided in order to explain a radical change in behavior of the results obtained for particle Reynodls Number greater than 120. Without loss of generality,the present work refers to the free falling of a rigid particle in a stationary fluid, in order to study a more general case concerning the relative motion between the rigid particle and the fluid. There diferent class of fluid particle systems were investigated (i) cylindrical shape particle and Newtonian fluid, (ii) cylindrical shape particle and Non-Newtonian fluid (iii) cylindrical shape particle and Non-Newtonian fluid. Concernig experiments perfomed with Newtonian fluids, in adition to validate the theory within the Ossen regime, experiments were perfomed allowing the validation of theory far beyond the original Ossens regime. Based on these experiments and on the physical analysis of the nature of the governing equations, it is suggested an original analysis to explain the complex transition region observed. Although already quoted in the literature, this complex transition region was never fully explained. Experiments perfomed in Non-Newtonian fluids of the Power Law type, for diferents values of the Power Law expoent(0.75 lower or equal to less than 0,92)and solid spherical or cilyndrical particles, were performed in the hydrodynamical regim having Reynodls Number varying from 0.03 to 46. The obtained results, validate the theory and expand its aplication domains for physical situationsyet not studied. This work extends understanding of the complex process concernig fluid preparation, aiming previously desired rheological properties. Different measuring techniques were tested in order to qualify a method concerting the determination of the reological properties of the fluids employed in this research. Based on the systhematic intercomaparation method perfomed, a more realistic uncertainty band was attributed to each method verified. Finally, the work presents a study of the wall effect proximity on the viscous drag acting on the particle.

[pt] Neste trabalho é realizado o estudo do processo de eletroflotação de partículas finas de hematita em célula modificada de Partridge Smith usando Rhodococcus opacus como biorreagente. Uma amostra mineral com 96 por cento de hematita foi usada neste estudo. Além disso, três frações granulométricas foram escolhidas, sendo estas: menos 53 mais 38; menos 38 mais 20 e menos 20 micrômetros. As variáveis estudadas no processo de eletroflotação foram: o pH, a concentração de reagente, a densidade de corrente e a utilização de bolhas de hidrogênio e oxigênio separadamente. Foram realizadas medições de potencial Zeta e análises por espectroscopia no infravermelho visando avaliar a interação antes e após o contato entre os reagentes e a superfície do mineral. Também foi realizada a medição do diâmetro de bolha de hidrogênio e oxigênio no aparelho Bubble sizer com o intuito de obter um melhor entendimento da influência do diâmetro de bolha na eletroflotação com estes dois gases. O diâmetro médio de bolha (d32) encontrado ficou na faixa de 40 menos 60 micrômetros para as bolhas de hidrogênio e 50 menos 70 micrômetros para as bolhas de oxigênio. Finalmente, foram realizados os ensaios de eletroflotação de hematita com R. opacus e Oleato de sódio. Segundo os resultados obtidos, a redução do tamanho de partícula favoreceu a flotabilidade da hematita, este fato pode ser atribuído ao tamanho das bolhas produzidas no processo e as características do R. opacus de formar flocos mediante interações de Van der Waals. Por outro lado, o aumento da concentração de reagente (R. opacus e oleato de sódio) favoreceu a flotabilidade de hematita. Os valores de pH ótimos encontrados para a flotação de hematita foram entorno de 6 e 7 para o R. opacus e o oleato de sódio, respectivamente. A flotabilidade máxima de hematita obtida com o R. opacus para bolhas de hidrogênio foi em torno de 80 por cento; por outro lado, a flotabilidade obtida com bolhas de oxigênio foi de aproximadamente 65 por cento. O oleato de sódio apresentou um melhor desempenho alcançando uma flotabilidade máxima de aproximadamente 98 por cento para bolhas de hidrogênio e em torno de 90 por cento para bolhas de oxigênio. As características da superfície bacteriana e, principalmente, o diâmetro de bolha menor a 100 micrômetros apresentaram-se como os fatores determinantes no alto valor de flotabilidade das partículas finas de hematita. Desta forma, o processo de eletroflotação com o uso de R. opacus como coletor mostra-se como uma potencial alternativa tecnológica, principalmente, no que diz respeito ao aspecto ambiental devido à biodegradabilidade do microrganismo. / [en] This work aims to evaluate the electroflotation of hematite fine particles in a modified Partridge Smith cell using Rhodococcus opacus. A hematite sample with grade 96 percent was used in this study; additionally, three granulometric fractions were selected: minus 53 plus 38; minus 38 plus 20 and minus 20 micrometers. The variables studied were pH, reagent concentration and current density. Zeta potential measurements and analysis by infrared spectroscopy were carried out to assess the interaction before and after reagents interaction. In order to gain a better understanding of the bubble diameter influence in the process, measurements of the diameter of hydrogen and oxygen bubbles were done. The average bubble diameter (d32) was found in the range of 40 to 60 micrometers for the hydrogen bubbles and of 50 to 70 micrometers for the oxygen bubbles. Finally, electrocoagulation assays the hematite with R. opacus and sodium oleate were carried out. The reduction in particle size favored the floatability of hematite; this fact can be related to the bubble size generated in the process and the ability of R. opacus to form floccules through the interaction of Van der Waals. On the other hand, the increase of reagent concentration (R. opacus and sodium oleate) favored the floatability of hematite. Suitable pH values for hematite flotation were found around 6 and 7 for R. opacus and sodium oleate, respectively. Maximum hematite floatability with R. opacus using hydrogen bubbles was around 80 percent and around 65 percent with oxygen bubbles. Sodium oleate presented a better performance reaching a maximum floatability of approximately 98 percent for hydrogen bubbles and around 90 percent for oxygen bubbles. The characteristics of the bacterial surface and the bubble size were determinant factors in the hematite floatability. Therefore, the electroflotation process using R. opacus as collector is a potential technology regarding environmental issues found with the synthetic reagents.

[pt] A proposta deste trabalho é viabilizar e acelerar a simulação de um sistema de grãos implementado inteiramente na GPU, utilizando o Método dos Elementos Discretos (MED). O objetivo de implementar todo o sistema na GPU é evitar o custo de transferência de informações entre a placa gráfica e a CPU. O sistema proposto simula partículas de diferentes diâmetros, com tratamento de colisão entre partículas e entre partículas e o ambiente. Com o Método dos Elementos Discretos são consideradas forças normais e forças tangenciais aplicadas sobre as partículas. Algoritmos paralelos foram desenvolvidos para construção e armazenamento do histórico de forças tangenciais existente em cada contato entre partículas. São comparadas duas propostas de construção de grade regular de células para realizar a detecção de contato. A primeira proposta é muito eficiente para partículas com raio fixo, enquanto que a segunda se mostra com maior escalabilidade para modelos com variação de raio. O sistema é composto por diversos algoritmos executados em threads, responsáveis por cada etapa da simulação. Os resultados da simulação foram validados com o programa comercial PFC3D. O sistema de partículas em GPU consegue ser até 10 vezes mais rápido do que o programa comercial. / [en] The purpose of this work is to make possible and speed up a grain system simulation implemented entirely on GPU, using the Discrete Element Method (DEM). The goal of implementing all the system on GPU is to avoid the cost of data transfer between the graphics hardware and the CPU. The proposed system simulate particles of different diameters, with collision treatment between particles and between particles and the environment. The Discrete Element Method consider normal forces and tangential forces applied on the particles. Parallel algorithms were designed to construct and storage the tangential forces history present in each contact between particles. Two ideas for the construction of the regular grid of cells are proposed and compared to perform the collision detection. The first one is very efficient to particles with fixed radius, while the second one shows more scalability in models with radius variation. The system consists of several algorithms running in threads, responsible for each step of the simulation. The results of the simulation were validated with the commercial program called PFC3D. The GPU particle system can be up to 10 times faster then the commercial program.