As reservas de petróleo e gás estão localizadas cada vez mais longe da costa e em águas profundas e ultra profundas, o que faz necessário a utilização de estruturas flutuantes, as quais estão sujeitas às forças impostas por condições ambientais, tais como vento, ondas e correntes marítimas. É portanto relevante o estudo de sistemas de ancoragem de estrutura flutuantes, sendo estes responsáveis pelo posicionamento da plataforma, garantindo segurança às operações realizada. Este é o objetivo do presente trabalho, que diz respeito a um estudo numérico do comportamento do trecho enterrado da linha de ancoragem de plataformas flutuantes de extração, produção e/ou armazenamento de petróleo. O sistema de ancoragem estudado é do tipo taut-leg, recomendado para lâminas de água superiores a 1000m. Este tipo de ancoragem pode ser dividido em três partes, um trecho suspenso que vai da plataforma até o leito marinho, um trecho apoiado sobre o leito marinho e um terceiro segmento que penetra no solo junto com a âncora, o qual adquire a forma de uma catenária invertida. Este tipo de sistema chega ao leito marinho com inclinações entre 30 e 45° e é capaz de resistir a esforços horizontais e verticais. O objetivo deste estudo é analisar os parâmetros envolvidos, as forças atuantes e a configuração do trecho em catenária invertida, através de análise numérica para os experimentos realizados em laboratório em escala reduzida. Os ensaios experimentais realizados por Rocha (2014) consistiram na aplicação de um conjunto de forças no trecho da linha de ancoragem que simula o encontro da corrente com o leito marinho, medindo-se as cargas no ponto que representa o olhal onde a corrente é fixada à âncora. A configuração da linha no trecho enterrado era obtida através de um ultrassom. Neste trabalho foi feita retro-análise numérica dos resultados obtidos experimentalmente a fim de se determinar os parâmetros que definem o equilíbrio do trecho enterrado da linha de ancoragem. Esses parâmetros foram validados para diferentes carregamentos, respeitando as configurações do solo e da corrente, através de um conjunto de equações diferenciais e do software DIGIN. Com base nas análises são quantificados a atenuação do sistema e os parâmetros de capacidade de carga e adesão que controlam o processo de transferência de cargas. / Oil and gas reserves are located offshore, in deep and ultra deep waters and for this reason the use of floating structures becomes necessary. Those structures are subject to forces imposed by environmental conditions such as wind, waves and sea currents. It is therefore relevant to study the anchoring of floating structure systems, as it is responsible for positioning the platform and ensuring security operations. This is the aim of the present research efforts, which describes a numerical study of the behavior of the embedded portion of systems designed to anchor the floating platform during extraction, production and/or storage of oil. The taut-leg mooring system is the one studied herein, which is recommended for water depth beyond 1000m. This type of mooring system can be divided in three parts, one part that runs from the suspended platform to the seabed, a slice resting on the seabed and a third segment that penetrates the soil together with the anchor, which takes the form of a inverse catenary. This type of mooring system reaches the seabed at angles of 30° to 45 ° and is able to resist horizontal and vertical forces. The objective of this study is to analyze the parameters involved in the anchor system, the forces acting at the inverse catenary and its configuration through numerical analysis of small-scale laboratory experiments. Experimental tests conducted by Rocha (2014) consisted of applying a set of forces on the a chain that simulates the embedded portion of the anchor line, from the seabed to the shank attachment point, using a load cell located at a point that represents the lug throw in which the chain is connected to the anchor. The configuration of the embedded portion of anchor line was obtained through an ultrasound. In this study the experimental results were numerically back analyzed in order to determine the parameters that define the equilibrium of the embedded slice of the anchor line. These parameters were validated for various loads in compliance with both soil resistance and the configuration of the chain through a set of differential equations and DIGIN software. Based on this analysis, the attenuation of the system is quantified and the parameters controlling of load capacity and adherence are obtained.

Um material composto, formado pela mistura de muitos elementos, pode ser convenientemente descrito, a partir da forma com que a radiação interage com ele, como se fosse formado por um elemento ctício com um número atômico efetivo, Zef. Esse parâmetro não é constante com a energia, entretanto, pode ser considerado uma ferramenta útil na caracterização de tecidos biológicos, materiais tecido-equivalentes e dosímetros. Várias formas de determinação do Zef foram propostas na literatura, dentre elas, estão os métodos de atenuação que se baseiam no uso da seção de choque total (obtido a partir do coeciente de atenuação linear mássico (µ/)) e os métodos de espalhamento que se baseiam na razão entre as seções de choque diferenciais Rayleigh e Compton. Neste trabalho, buscou-se estudar métodos de obter Zef de forma experimental e teórica, por dois métodos (atenuação e espalhamento) para completar lacunas existentes na literatura. No método de atenuação, foi utilizado o (µ/) como grandeza de interação que, no conhecimento dos autores, ainda não foi utilizado. Para isso, arranjos experimentais que permitam determinar a densidade, , e o coeciente de atenuação linear, µ, foi construído. O µ (de materiais tecido-equivalentes e tecidos biológicos) foi determinado tanto para energia de 59.54 keV (fonte 241Am) com detector CdTe, quanto para faixa de energia entre 15 e 45 keV (tubo de raios X com alvo de W) com detector SDD. Um novo programa computacional para determinar o número atômico efetivo a partir do µ/ foi implementado e validado. A sensibilidade do método foi estudada de forma a determinar Zef de forma adequada. No método de espalhamento, arranjo experimental para detectar os fótons espalhados Rayleigh e Compton (utilizando fonte de 241Am e detector CdTe) foi construído, otimizado e validado. Um programa computacional para determinação de Zef através da razão Rayleigh/Compton, R/C, foi elaborado e validado . A sensibilidade do método foi estudada e analisada de forma a determinar Zef de maneira adequada. No método de atenuação, o arranjos para determinação do µ/ possibilitaram determiná-lo com diferenças menores que 6% quando comparados com a literatura e incertezas de 3.8% para 59.54 keV e até 7% na faixa de 15 à 45 keV. Também foi vericado que o método é adequado para determinar Zef para energias de até 60 keV, pois a partir deste valor, as incertezas em Zef aumentam (para mais de 10%). No método de espalhamento, o arranjo para determinação da razão Rayleigh/Compton possibilitaram obter medidas de R/C com menos de 10% de diferença com a literatura e incertezas de 7% e foi vericado ainda, que a faixa de momento transferido entre 1 Å1 e 2 Å1 é adequada para determinar Zef (incertezas menores que 3% de incerteza) / A composite material, formed by the mixture of several elements, can be conveniently described by, from the way the radiation interacts with it, as if it were formed by a factitious element with an eective atomic number (Zef). This parameter is not constant with the energy, however, can be considered as an useful tool for characterization of biological tissues, tissue-equivalent materials and dosimeters. Several ways for the determination of Zef were proposed by the literature, among them, are the attenuation methods which are based on the total cross section (derived form the mass attenuation coecient (µ/)) and the scatter methods which are based on the ratio between the Rayleigh and Compton dierential cross sections. In this work, were study ways to obtain Zef experimentally and theoretically by two methods (attenuation and scattering) to ll the gaps in the literature. In the attenuation method µ/ was used as interaction coecient which, in the authors knowledge, it hasnt been used. For this purpose, experimental arrangements to determine the density () and the linear attenuation coecient (µ) were built. The µ (of tissue-equivalent material and biological tissues) were determined both for 59.54 keV (241Am source) with a CdTe detector and for the energy rage between 15 and 45 keV (X ray tube, W target) with a SDD detector. A new computational program for determining Zef through µ/ was implemented and validated. The method sensibility was studied in the way to determine Zef properly. In the scattering method, an experimental arrangement to detect the Rayleigh and Compton scattered photons (with 241Am source and a CdTe detector) was built, optimized and validated. A computational program to determine Zef through Rayleigh to Compton ratio, R/C, was elaborated and validated. The methods sensibility was studied and analyzed to determine Zef properly. In the attenuation method, the arrangements for determining µ/ allowed to determine it with dierences smaller than 6% when compared with the literature and uncertainties of 3.8% for 59.54 keV and up to 7% in the range of 15 to 45 keV. It has also been found that the method is suitable for determining Zef for energies of up to 60 keV, because above that energy, the uncertainties in Zef increases (more than 10%). In the scattering method, the arrangement for determining R/C made it possible to obtain measurements of R/C with less than 10% dierence with the literature and uncertainties of 7% and it was veried that the momentum transfer range between 1 Å1 and 2 Å1 is suitable for determining Zef (uncertainties less than 3 % uncertainty)

A crescente utilização de plataformas flutuantes na atividade de exploração de petróleo vem exigindo desenvolvimento de estudos relacionados a novas técnicas de execução e metodologias de projetos de fundações em ambiente marinho. A presente pesquisa é continuação do trabalho desenvolvido por Rocha (2014) e tem como objetivo: estudar a atenuação de cargas dinâmicas no trecho da linha de ancoragem embutida no solo, através de experimentos em modelos reduzidos com solos argilosos. Os ensaios foram realizados em laboratório a partir de um sistema de carregamento dinâmico capaz de produzir vibração com faixas de aceleração e frequência desejadas. Para atingir os objetivos da pesquisa foram abordados os conceitos da carga dinâmica, reologia e tixotropia. Foram realizados ensaios em solos argilosos com teores de umidade em torno de 120%, obtidos a partir de misturas no laboratório de caulim (85% em massa seca), bentonita (15% em massa seca) e água, com a finalidade de obter um solo argiloso com propriedades geotécnicas similares às dos solos offshore prospectados pela Petrobras. Os ensaios de mini palheta e extração de umidade ao longo da profundidade permitiram concluir que os valores da resistência não drenada da argila crescem com profundidade, enquanto o teor de umidade decresce, sendo que a resistência ao cisalhamento não-drenada guarda similaridade em relação às condições de campo. Na realização dos ensaios de carregamentos estáticos e dinâmicos realizados com variação do ângulo de referência de 0º a 55º foram utilizadas duas células de cargas para medir as forças aplicadas no touch down point e no ponto de ancoragem. Os resultados obtidos nesses ensaios mostraram atenuação de carga devido à força de reação (atrito) gerada pelo solo na interface solo-corrente, quando a massa do solo envolvente é sujeita a grandes deformações. Observou-se que a magnitude de atenuação estática varia de 12,9 a 18,3% e depende da variação de profundidade de embutimento da estaca (comprimento da linha de ancoragem), do ângulo de referência, da resistência não drenada da argila e do nível de força de pré-tração aplicada, enquanto que no ensaio de carregamento dinâmico verificou-se que os valores de atenuação normalizada de cargas dinâmicas situam-se na faixa de 24 a 26% e são levemente influenciados pela variação da força de pré-tração e frequência de vibração devido à parcela viscosa da argila. / The increasing use of floating platforms for oil exploration activity has required development of studies related to new techniques and methodologies for foundation design in the marine environment. This research is the continuation of the work of Rocha (2014) and aims: to study the attenuation of dynamic loads in buried mooring lines through experiments in reduced scale models in clay deposits. The tests were performed in the laboratory from a system of dynamic loading that is able to produce vibration within desirable ranges of acceleration and frequency. The concepts of dynamic loading, rheology and thixotropy are discussed in order of evaluating the properties of the clay. Tests were conducted on clay soils with moisture content of about 120% obtained from laboratory mixtures of kaolin (85% dry matter), bentonite (15% dry matter) and water, in order to obtain a clay soil with geotechnical properties similar to those of offshore fields prospected by Petrobras. The mini vane tests and water content of specimens showed that the values undrained shear strength increase with increasing depth, while the moisture content decreases. In carrying out static and dynamic loading tests performed on reference angles ranging from 0° to 55° two cell loads were used to measure the forces applied at the touch down point and at the anchor point. The results obtained in these tests showed load attenuation due to the reaction forces (friction) generated by the soil along the soil-stream interface, when the mass of the surrounding soil is subjected to large deformations. It was observed that the magnitude of the static attenuation varies from 12.9 to 18.3%, the variation being a function of depth of cutting mounting (anchoring line length), reference angle, undrained shear strength of the clay and level of pre-applied tensile force, while the dynamic loading tests were found to give normalized attenuation values of dynamic loads in the range of 24 to 26%. Under dynamic loading, attenuation is slightly influenced by variation of tensile force and frequency of vibration due the viscous efects of the clay.

As reservas de petróleo e gás estão localizadas cada vez mais longe da costa e em águas profundas e ultra profundas, o que faz necessário a utilização de estruturas flutuantes, as quais estão sujeitas às forças impostas por condições ambientais, tais como vento, ondas e correntes marítimas. É portanto relevante o estudo de sistemas de ancoragem de estrutura flutuantes, sendo estes responsáveis pelo posicionamento da plataforma, garantindo segurança às operações realizada. Este é o objetivo do presente trabalho, que diz respeito a um estudo numérico do comportamento do trecho enterrado da linha de ancoragem de plataformas flutuantes de extração, produção e/ou armazenamento de petróleo. O sistema de ancoragem estudado é do tipo taut-leg, recomendado para lâminas de água superiores a 1000m. Este tipo de ancoragem pode ser dividido em três partes, um trecho suspenso que vai da plataforma até o leito marinho, um trecho apoiado sobre o leito marinho e um terceiro segmento que penetra no solo junto com a âncora, o qual adquire a forma de uma catenária invertida. Este tipo de sistema chega ao leito marinho com inclinações entre 30 e 45° e é capaz de resistir a esforços horizontais e verticais. O objetivo deste estudo é analisar os parâmetros envolvidos, as forças atuantes e a configuração do trecho em catenária invertida, através de análise numérica para os experimentos realizados em laboratório em escala reduzida. Os ensaios experimentais realizados por Rocha (2014) consistiram na aplicação de um conjunto de forças no trecho da linha de ancoragem que simula o encontro da corrente com o leito marinho, medindo-se as cargas no ponto que representa o olhal onde a corrente é fixada à âncora. A configuração da linha no trecho enterrado era obtida através de um ultrassom. Neste trabalho foi feita retro-análise numérica dos resultados obtidos experimentalmente a fim de se determinar os parâmetros que definem o equilíbrio do trecho enterrado da linha de ancoragem. Esses parâmetros foram validados para diferentes carregamentos, respeitando as configurações do solo e da corrente, através de um conjunto de equações diferenciais e do software DIGIN. Com base nas análises são quantificados a atenuação do sistema e os parâmetros de capacidade de carga e adesão que controlam o processo de transferência de cargas. / Oil and gas reserves are located offshore, in deep and ultra deep waters and for this reason the use of floating structures becomes necessary. Those structures are subject to forces imposed by environmental conditions such as wind, waves and sea currents. It is therefore relevant to study the anchoring of floating structure systems, as it is responsible for positioning the platform and ensuring security operations. This is the aim of the present research efforts, which describes a numerical study of the behavior of the embedded portion of systems designed to anchor the floating platform during extraction, production and/or storage of oil. The taut-leg mooring system is the one studied herein, which is recommended for water depth beyond 1000m. This type of mooring system can be divided in three parts, one part that runs from the suspended platform to the seabed, a slice resting on the seabed and a third segment that penetrates the soil together with the anchor, which takes the form of a inverse catenary. This type of mooring system reaches the seabed at angles of 30° to 45 ° and is able to resist horizontal and vertical forces. The objective of this study is to analyze the parameters involved in the anchor system, the forces acting at the inverse catenary and its configuration through numerical analysis of small-scale laboratory experiments. Experimental tests conducted by Rocha (2014) consisted of applying a set of forces on the a chain that simulates the embedded portion of the anchor line, from the seabed to the shank attachment point, using a load cell located at a point that represents the lug throw in which the chain is connected to the anchor. The configuration of the embedded portion of anchor line was obtained through an ultrasound. In this study the experimental results were numerically back analyzed in order to determine the parameters that define the equilibrium of the embedded slice of the anchor line. These parameters were validated for various loads in compliance with both soil resistance and the configuration of the chain through a set of differential equations and DIGIN software. Based on this analysis, the attenuation of the system is quantified and the parameters controlling of load capacity and adherence are obtained.

O desenvolvimento de pesquisas relativas ao comportamento das estruturas offshore são de fundamental importância para as atividades de exploração de petróleo a fim de permitir uma análise mais precisa do desempenho do sistema de ancoragem. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento das linhas de ancoragem submetidas a esforços de tração bem como avaliar e quantificar a atenuação das cargas ao longo do trecho enterrado determinando assim as forças que efetivamente chegam à estaca torpedo. Inicialmente foram projetados e construídos os equipamentos, em modelo reduzido, para a realização dos ensaios experimentais de carregamento estático conduzidos na escala de 1:40. As argilas empregadas nos ensaios foram produzidas em laboratório com o objetivo de obter um solo com propriedades físicas similares à da argila típica do leito marinho, a partir da mistura caulim, bentonita e água, sendo definida a composição em massa seca de 85% de caulim, 15% de bentonita e teores de 100% de umidade para a mistura denominada como argila A, e 120% de umidade para a mistura referida como argila B. Após a caracterização geotécnica concluiu-se que a argila B se assemelha às condições de campo. A força que chega ao ponto de ancoragem, equivalente ao que seria o ponto de fixação da amarra ao torpedo, foi medida experimentalmente através de uma célula de carga para duas componentes (vertical e horizontal) instalada no piso do tanque. A catenária invertida formada pela amarra foi registrada em alguns pontos não visíveis através de um sensor por ultrassom. O carregamento da linha de ancoragem foi produzido para diferentes ângulos de incidência, em ciclos de carga e descarga. Os resultados mostram que, mesmo em uma abordagem estática, flutuações de carga na linha de ancoragem não são inteiramente transmitidas ao ponto de ancoragem (torpedo), sendo parcialmente absorvidas ao longo do trecho enterrado da amarra. A atenuação de carga na argila A foi de 24%, enquanto que a atenuação apresentada na argila B variou entre 14 %, 6% e tendendo a 0 nos ensaios realizados respectivamente nas alturas de solo de 72 cm, 48 cm e 24 cm. Verificou-se também que a qualidade dos critérios de similaridade inicialmente adotados foi satisfatória. / The research development on the behavior of offshore structures is fundamentaly important for the exploration of oil in order to allow a more precise analysis of the performance of offshore mooring systems. In this sense, the present work aims to analyze the behavior of embedded mooring lines subjected to tensile stresses and to evaluate and quantify the attenuation of loads along the stretch buried thus determining the forces that effectively reach the torpedo pile. Initially, the equipment were designed and built, in a reduced model, so the experimental tests of conducted static load on the scale of 1:40 could be conducted. The clays used in the tests were produced in the laboratory in order to obtain a soil with similar physical properties to the typical clay seabed, from mixing kaolin, bentonite and water, the composition being set on dry matter of 85% kaolin 15% bentonite content and 100% humidity for mixing clay called as A, and 120% humidity for mixing said clay as B. After geotechnical characterization, it was found that the clay B is similar to field conditions. The force that reaches the anchor point, equivalent to what would be the point of attachment of mooring the torpedo, was experimentally measured by a load cell for two components (vertical and horizontal) installed on the floor of the tank. The reverse catenary formed by the embedded mooring line was recorded in some not visible spots through an ultrasound sensor. The load of the anchor line has been produced for different incidence angles, in loading and unloading cycles. The results show that, even in a static approach, load fluctuations in the anchor line are not fully transmitted to the anchor point (torpedo). Partially absorbed along the stretch of mooring buried. The attenuation of the load on the clay A was 24%, while the attenuation shown in clay B ranged from 14%, 6% and approaches 0 in the tests performed respectively on the ground heights of 72 cm, 48 cm and 24 cm. It was also found that the quality of similarity criteria adopted initially was satisfactory.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foram avaliados aventais de proteção e blindagens de ovário de cinco fabricantes segundo as normas NBR / IEC 61331-1 e NBR / IEC 61331-3 de 2004. Para a determinação da espessura equivalente de atenuação foram aplicadas três metodologias diferentes (interpolação linear, modelo de Archer e somatório de exponenciais), uma vez que a norma não indica como este valor deve ser obtido. Além disso, foram estimadas as incertezas associadas a cada método e a influência do número de medições na incerteza combinada. As características de confecção avaliadas foram: documento acompanhante, projeto, materiais, dimensões e marcação da etiqueta. Para esta avaliação foi elaborado um formulário que contemplava todas as exigências da NBR / IEC 61331-3. Os resultados mostraram uma grande diferença entre os valores de espessura equivalente de atenuação declarados e medidos. A comparação dos resultados das três metodologias aplicadas mostrou que há pouca variação entre os valores obtidos e entre as incertezas associadas nas diferentes metodologias. Foi possível observar também que o número de medições não contribui significativamente para o aumento da incerteza nas três metodologias. A metodologia que melhor se adequou à rotina do laboratório foi a metodologia da interpolação linear com cinco medições da taxa de kerma no ar. A discrepância entre os resultados apresentados neste trabalho e as exigências das normas estudadas mostra a necessidade de tornar compulsória a certificação dos dispositivos de proteção, contribuindo assim para o aumento da proteção radiológica do usuário. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2014-11-10T12:20:07Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-11-10T12:20:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho de tese de doutorado visou identificar as matérias primas naturais produzidas no Brasil e possíveis de serem utilizadas na produção de concretos de elevada massa específica. Desenvolver uma metodologia para a caracterização, preparo, moldagem, ensaios para determinação do coeficiente de atenuação linear experimental, calculo do coeficiente de atenuação linear teórico, e determinação do Z efetivo, culminando com a confecção de um banco de dados embrionário para os concretos de elevada massa específica preparados com matérias primas nacionais. Para tanto foram identificadas onze matérias primas produzidas no Brasil com caracteísticas adequadas para a produção de concretos de elevada densidade. Apresentamos os fundamentos teóricos ao bom entendimento do trabalho tanto no campo da proteção radiológica como naquela dos conceitos que podem ser usados para a produção de blindagem às radiações gama e X. Preparamos vinte e dois tipos de concretos de elevada massa específica com a utilização de matérias primas naturais e nacionais. Os concretos desenvolvidos foram preparados, moldados e ensaiados com uma fonte de 137Cs, de 3,7 1010 Bq (1Ci) de atividade. Foram calculados os coeficientes de atenuação linear com a utilização das análises químicas dos concretos preparados e encontrados os coeficientes de atenução linear experimentais para comparação e avaliação da técnica proposta. Foram medidas as massas específicas dos concretos preparados em virtude de sua importância para a formação da seção de choque do composto quando da predominância do efeito Compton, e determinado o Z efetivo para a região predominante do efeito fotoelétrico. Por fim foram calculados os custos de produção levando-se em conta somente os custos das matérias primas. Para as massas específicas os concretos apresentaram uma variação de 2,74 kg/dm3 até 3,76 kg/dm3, já para o coeficiente de atenuação linear experimental a variação foi de 0,2137 cm-1 a 0,2860 cm-1, o Z efetivo variou de 19 a 25. Finalizando o trabalho foram discutidos os resultados e sugeridos preferências de concretos para utilização em blindagens com a aplicação de alguns conceitos. Comparando os resultados encontrados com vários outros publicados em trabalhos internacionais, verificamos o grau de similaridade. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-27T13:23:56Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gustavo Henrique Jesus Mesquita - 2016.pdf: 1893414 bytes, checksum: b18598c3179586967bc12f642386c3f1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-27T13:24:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gustavo Henrique Jesus Mesquita - 2016.pdf: 1893414 bytes, checksum: b18598c3179586967bc12f642386c3f1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T13:24:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gustavo Henrique Jesus Mesquita - 2016.pdf: 1893414 bytes, checksum: b18598c3179586967bc12f642386c3f1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The aim of this work is to propose a methodology of application of the FEM and topology optimization technique as tools of analysis and optimal design of mechanical systems subject to natural and forced vibrations in order to reach the optimal geometry of a dynamic absorbing of vibrations. It presents the mathematical reasoning and develop a program in Matlab® that implements the topology optimization technique will be employed to generate the optimal material distribution ( layout ) continuous mechanical systems without external excitation and subject to harmonic forces with preset frequency. / Propõe-se uma metodologia de aplicação do MEF (Método dos Elementos Finitos), juntamente com uma técnica de otimização topológica como ferramenta de análise e projeto ótimo de sistemas mecânicos sujeitos a vibração forçada. Em particular, chega-se à geometria ótima de um absorvedor dinâmico de vibrações contínuo. Apresenta-se a modelagem matemática, além de se desenvolver um código em Matlab® que implementa a técnica de otimização topológica por distribuição de material aplicado a sistemas mecânicos contínuos com excitação externa e harmônica de tal forma que a menor frequência natural seja predefinida.

Nesta pesquisa teve-se como objetivo estudar as propriedades físicas de polpas de açaí disponíveis comercialmente, tais como: pH, condutividade, viscosidade, tensão superficial e atenuação acústica, em função da temperatura e de particulados presentes na suspensão de açaí. Foram selecionadas quatro marcas comerciais de polpa de açaí originárias da região norte do Brasil. As amostras foram estudadas na forma pura (sem diluição) e diluídas. As análises de tensão superficial foram conduzidas utilizando o tensiômetro da Sensadyne (modelo QC6000) na faixa de temperatura de 15ºC a 60ºC. Observou-se uma variação da tensão superficial entre as marcas estudadas e em todos os casos a polpa de açaí diluída apresentou tensão superficial superior à polpa pura. Para valores de temperatura maiores que 45ºC, a tensão superficial aumentou com a temperatura para duas marcas estudadas. A verificação da atenuação e do tamanho de partículas foi realizada utilizando a técnica de espectroscopia de atenuação acústica com o equipamento APS-100 (Matec Applied Science, Northborough, USA). A polpa diluída apresentou uma menor atenuação com relação à polpa pura. As polpas de açaí, pura e diluída, apresentaram partículas com tamanho inferior a 0,6 µm de diâmetro, sendo que a polpa pura apresentou partículas com diâmetros maiores. Na investigação reológica foram utilizados reômetros rotacionais (Modelo DVIII+) da marca Brookfield com geometrias de cone-placa e cilindros concêntricos na faixa de temperatura de 15ºC a 60ºC. Os reogramas obtidos foram ajustados aos modelos de Ostwald-de-Waale (Lei da Potência) e Herschel-Bulkley, sendo que o melhor ajuste foi obtido com o modelo de Lei da Potência. Todas as amostras estudadas apresentaram comportamento reológico não-Newtoniano, com características de fluidos tixotrópicos. Foi investigado também o comportamento reológico de polpas de açaí tratadas enzimaticamente para posterior processamento por microfiltração tangencial. As enzimas comerciais Pectinex Ultra SP-L, Biopectinase KK Plus e Ultrazym AFPL foram avaliadas separadamente e a respectiva eficiência foi analisada pela redução da viscosidade no reômetro rotacional com a geometria de cone-plana. A enzima comercial Ultrazym foi mais eficiente na redução da viscosidade aparente da polpa de açaí, sendo que as enzimas Pectinex e Biopectinase não apresentaram alteração significativa da viscosidade. A análise da viscosidade aparente dos produtos (permeado e retentado) da microfiltração utilizando membranas cerâmicas comerciais de 0,8 e 0,2 \'mü\'m foi feita utilizando o reômetro rotacional com a geometria de cone-placa, na temperatura de 25ºC. Para o processamento por microfiltração sem tratamento enzimático, o retentado apresentou valores de viscosidade aparente superior ao permeado e à polpa diluída, enquanto que a polpa diluída apresentou viscosidade aparente superior ao permeado. Na microfiltração com tratamento enzimático a polpa diluída apresentou viscosidade aparente inferior ao permeado, comportamento observado para as duas membranas estudadas (0,8 e 0,2 \'mü\'m). Com os resultados obtidos foi possível verificar a grande variação nas propriedades físicas de polpas comerciais de açaí e com isso, a importância de se realizar tais medidas para a otimização de processos como a microfiltração tangencial. / The main objective of this research was the study of physical properties of commercial types of açaí pulp; including pH, electric conductivity, viscosity, surface tension and acoustic attenuation as a function of temperature and particulates of açaí suspension. Four types of açaí pulp from north region of Brazil were selected. The samples were analyzed in pure (undiluted) and diluted form. Surface tension was measured with Sensadyne tensiometer (model QC6000) in the temperature range: 15º to 60º Celsius. In all types of pulp studied the surface tension of diluted sample was higher than pure sample. For temperatures above 45º Celsius surface tension increased for two types of açai pulp studied. Acoustic attenuation and particle size of samples were analyzed with the equipment APS-100 from Matec Applied Science, Northborough, USA. Acoustic attenuation of diluted samples is smaller for pure samples; the açaí pulp (pure and diluted) has particle sizes below 0,6 µm and the particle sizes of the pure samples were larger than the diluted samples. Brookfield/USA rotational rheometers (Model DVIII+) was employed for rheological analysis with two geometries: cone-plate and concentric cylinders in the temperature range: 15º to 60º Celsius. The rheological behavior was adjusted by Ostwald-de-Waale model (or Power-law model) and Herschel-Bulkley model; the Ostwald-de-Waale model showed a better fit. All brands of pulp studied presented non-Newtonian behavior with tixotropic characteristics. It also investigated the rheological behavior of açaí pulp treated enzymatically for later processing by tangential microfiltration. The commercial enzymes: Pectinex Ultra SP-L (Novozymes - Bagsvaerd, Dinamarca), Biopectinase KK Plus (Kerry Bio-Science) and Ultrazym AFPL (Novozymes - Bagsvaerd, Dinamarca), were utilized to reduce viscosity and the effect was evaluated with the cone-plate geometry of the Brookfield/USA rheometer (Model DVIII+). The data shows that the Ultrazym enzyme was the best option for viscosity reduction of açaí pulp, and the other presented no changes in the viscosity. The viscosity of the retentate and permeate from the microfiltration process (membranes with cut-off 0,8 and 0,2 µm) was determined with the cone-plate geometry of the Brookfield/USA rheometer (Model DVIII+) at 25º Celsius. In microfiltration process without enzymatic action, the apparent viscosity of retentate was always higher than the retentate from diluted pulp. With the results we observed the large variation in physical properties of commercial açaí pulp and thus, the importance of carrying out such measures for the optimization of processes such as tangential microfiltration.

Orientador: Joerg Dietrich Wilhelm Schleicher / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-20T00:32:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_JoseJadsomSampaiode_D.pdf: 25764128 bytes, checksum: 358c6580d480aca067e19d0095ab844b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Meios anisotrópicos fissurados ou fraturados têm sido amplamente investigados em muitos estudos teóricos e experimentais. Neste trabalho, realizamos uma série de medidas ultrassônicas objetivando investigar o comportamento de diferentes meios artificialmente anisotrópicos. Três questões foram abordadas: (1) estudo da birrefringência da onda S em função da frequência da fonte, (2) estimativa das direções de fraturas através de ondas elásticas e (3) o estudo do excesso de complacência em meio transversalmente isotrópico com a inclusão de fissuras. No primeiro caso, o efeito da frequência da fonte na estimativa dos parâmetros elásticos (o parâmetro de Thomsen e a atenuação de ondas cisalhantes) foi estudado em três modelos anisotrópicos contendo inclusões (pequenos discos de borrachas) em uma matriz sólida de resina epóxi e densidade de fissuras variando de 0 para 6,2 %. Dois dos três modelos fissurados tem 10 camadas enquanto o outro tem 17. Medidas de birrefringência das onda S têm mostrado que efeitos de dispersão são mais proeminentes em modelos em que a razão entre o comprimento de onda sísmica e a abertura da fissura é 1,6 - 1,64 do que para outros modelos em que essa razão está variando entre 2,72 - 2,85. O modelo com grandes fissuras deu uma magnitude de atenuação três vezes maior em comparação com outro modelo que tinha pequenas inclusões. Os resultados para estes modelos indicam que o espalhamento elástico, as atenuações intrínseca e de espalhamento ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Anisotropic cracked media have been widely investigated in many theoretical and experimental studies. In this work, we have performed ultrasonic surveys to investigate the behavior of different artificially anisotropic media. Three questions were addressed here: (1) study of the S-wave splitting as a function of source frequency, (2) estimation of the fracture directions using elastic waves and (3) investigation of compliance excess in transversally isotropic media with crack inclusions. Firstly, we studied the effect of source frequency on the estimation of elastic parameters (the Thomsen parameter and shear-wave attenuation) in four anisotropic models containing cracks simulated by penny-shaped rubber inclusions in a solid epoxy resin matrix with crack density that ranges from 0 to 6.2 %. Two of the three cracked models have 10 layers and the last one has 17 layers. Our S-wave splitting measurements have shown that scattering e_ects are more prominent in models where the ratio of seismic wavelength to crack aperture ranges from 1.6 to 1.64 than in other models where this ratio varies from 2.72 to 2.85. The model with large cracks gave a magnitude of attenuation three times higher as compared with another model that had small inclusions. The results for these models indicate that elastic scattering, intrinsic and scattering attenuation ...Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Reservatórios e Gestão / Doutor em Ciências e Engenharia de Petróleo