Tese (doutorado) - Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos, São Carlos, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-28T16:30:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 349228.pdf: 38934019 bytes, checksum: db1ea4c99fe5006b7b19038f6d39596b (MD5) Previous issue date: 2016 / Desde a última década, as autoridades aeronáuticas dos países membros da ICAO vem, gradativamente, aumentando as restrições nos níveis de ruído externo de aeronaves, principalmente nas proximidades dos aeroportos. Por isso os novos motores aeronáuticos precisam ter projetos mais silenciosos, tornando as técnicas de predição de ruído de motores cada vez mais importantes. Diferente das técnicas semi-analíticas, que vêm evoluindo nas últimas décadas, as técnicas semiempíricas possuem suas bases lastreadas em técnicas e dados que remontam à década de 70, como as desenvolvidas no projeto ANOPP. Uma bancada de estudos aeroacústicos para um conjunto rotor/estator foi construída no departamento de Engenharia Aeronáutica da Escola de Engenharia de São Carlos, permitindo desenvolver uma metodologia capaz de gerar uma técnica semi-empírica utilizando métodos e dados novos. Tal bancada é capaz de variar a rotação, o espaçamento rotor/estator e controlar a vazão mássica, resultando em 71 configurações avaliadas. Para isso, uma antena de parede com 14 microfones foi usada. O espectro do ruído de banda larga é modelado como um ruído rosa e o ruído tonal é modelado por um comportamento exponencial, resultando em 5 parâmetros: nível do ruído, decaimento linear e fator de forma da banda larga, nível do primeiro tonal e o decaimento exponencial de seus harmônicos. Uma regressão superficial Kriging é utilizada para aproximar os 5 parâmetros utilizando as variáveis do experimento e o estudo mostrou que Mach Tip e RSS são as principais variáveis que definem o ruído, assim como utilizado pelo projeto ANOPP. Assim, um modelo de previsão é definido para o conjunto rotor/estator estudado na bancada, o que permite prever o espectro em condições não ensaiadas. A análise do modelo resultou em uma ferramenta de interpretação dos resultados. Ao modelo são aplicadas 3 técnicas de validação cruzada: leave one out, monte carlo e repeated k-folds e mostrou que o modelo desenvolvido possui um erro médio, do nível do ruído total do espectro, de 2.35 dBs e desvio padrão de 0.91.<br> / Abstract : Since the last decade, the countries members of ICAO, via its aeronautical authorities, has been gradually increasing the restrictions on external aircraft noise levels, especially in the vicinity of airports. Because that, the new aero-engines need quieter designs, so noise prediction techniques for aero-engines are getting even more important. Semi-analytical techniques have undergone a major evolution since the 70th until nowadays, but semi-empirical techniques still have their bases pegged in techniques and data defined on the 70th, developed in the ANOPP project. An Aeroacoustics Fan Rig to investigate a Rotor/Stator assembly was developed at Aeronautical Engineering Department of São Carlos School of Engineering, allowing the development of a methodology capable of defining a semi-empirical technique based on new data and methods. Such rig is able to vary the rotation, the rotor/stator spacing and mass flow rate, resulting in a set of 71 configurations tested. To measure the noise, a microphone wall antenna with 14 sensors were used. The broadband noise was modeled by a pink noise and the tonal with exponential behavior, resulting in 5 parameters: broadband noise level, decay and form factor and the level and decay of tonal noise. A superficial kriging regression were used to approach the parameters using the experimental variables and the investigation has shown that Mach Tip and RSS are the most important variables that defines the noise, as well on ANOPP. A prediction model for the rotor/stator noise are defined with the 5 approximation of the parameters, that allow to predict the spectra at operations points not measured. The model analyses of the model resulted on a tool for results interpretation. Tree different cross validation techniques are applied to model: leave ou out, Monte Carlo and repeated k-folds. That analysis shows that the model developed has average error of 2.35 dBs and standard deviation of 0.91 for the spectrum level predicted.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Submitted by Gesmar Kingeski Barbosa null (gesmar.k@ufsc.br) on 2017-11-14T15:48:05Z No. of bitstreams: 1 PEMC1582-D.pdf: 3410507 bytes, checksum: d7467bb6147cb8c861cdab971f3cc6a9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-14T15:48:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PEMC1582-D.pdf: 3410507 bytes, checksum: d7467bb6147cb8c861cdab971f3cc6a9 (MD5) Previous issue date: 2014 / Para melhor compreender a formação de falhas de solidificação e de porosidade na soldagem híbrida laser - GMAW de chapas de aço com grande espessura, foram feitos ensaios com variação de diâmetro do feixe laser, de potência do feixe laser, de metal de adição, de velocidade de soldagem e com oscilação transversal do feixe laser. Esses ensaios foram realizados utilizando-se uma fonte de laser de disco com 16 kW de potência máxima e duas tochas GMAW em chapas de aço alta resistência e baixa liga que atende ao grau de qualidade X70 da API 5L e depois foram avaliados através de imagens metalográficas e de raios-X. Acredita-se que a geometria do cordão de solda tem grande influência na formação de falhas de solidificação e esse trabalho investigou a relação que há entre uma protuberância no cordão de solda e a falha de solidificação, sugerindo ainda uma forma de medir a severidade dessa protuberância: o ângulo de alargamento da protuberância. Foi verificado também como os parâmetros supracitados influenciam o ângulo de alargamento da protuberância e a formação das falhas de solidificação. Duas novas explicações para a discrepância de resultados encontrados na literatura quanto à formação da falha de solidificação foram propostas. Por fim, analisou-se a porosidade encontrada nos cordões de solda através das imagens metalográficas e de raios-X para determinar as suas principais causas na soldagem híbrida laser - GMA de chapas grossas de aço API 5L X70. / Abstract : To achieve a better understanding of the solidification flaw and porosity formation in hybrid laser - GMA welding of thick steel plates, tests were carried with varying laser beam width, laser beam power, filler metal, welding speed and with transverse beam oscillation. Those tests were carried using a 16 kW maximal power disk laser source and two GMAW torches on high strength low alloy steel plates that complies with the grade X70 from API 5L that were later analyzed through metallographic and X-ray imaging. It is believed that the weld seam geometry has a high influence on the solidification flaw formation and it was investigated in this work the relation between a bulge in the weld seam and the solidification flaw, introducing a new way to measure the severity of the bulge: the bulge widening angle. It was also verified how the aforementioned parameters influence the bulge widening angle and the solidification flaw formation. Two new explanations for the discrepancy found in the literature regarding the formation of the solidification flaws were proposed. Lastly, the porosity found in the weld seams was analyzed through the metallographic and X-ray images to determine its main causes in the hybrid laser - GMA welding of thick API 5L X70 steel plates.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-16T03:02:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337636.pdf: 47215847 bytes, checksum: d8cbaf64c2c44d3b97237292082b67b4 (MD5) Previous issue date: 2015 / Abstract : Magnetic refrigeration is an emerging cooling technology for applications at room-temperature. The magnetocaloric effect (MCE) is the thermal response of a magnetic material when subjected to a changing magnetic field. Magnetic refrigeration harvests the MCE in a regenerative thermodynamic cycle to transfer heat from a low-temperature environment to a high-temperature one by means of magnetic work in an active magnetic regenerator (AMR). In this thesis, several aspects of this technology were analyzed with contributions on four research fronts. First, a temperature controlled facility was constructed to improve the direct measurements of the MCE by means of the adiabatic temperature change, ?T_ad. Measurements of the benchmark magnetocaloric material gadolinium (Gd), and one of the most promising magnetic refrigerants, MnFe(P,As), were investigated. Second, a magnetic circuit with a 2-pole rotor-stator configuration with high magnetic flux regions of approximately 1 T was designed aiming at an efficient use of the Nd-Fe-B permanent magnets. A novel method to optimize the magnetic circuit was proposed by employing a magnet wedge concept. Third, a novel rotary magnetic refrigerator was designed and built at the Federal University of Santa Catarina (UFSC) using the optimized rotary magnetic circuit and a stationary AMR composed by 8 pairs beds packed with 1.7 kg of Gd spheres. Two low-friction rotary valves were developed to synchronize the hydraulic and magnetic cycles and positioned at the hot end to avoid heat generation in the cold end. The last part of this thesis comprised an experimental and thermodynamic performance analysis of the rotary magnetic cooler prototype developed at the Technical University of Denmark (DTU). A detailed study of the losses external to the regenerator and a methodology to breakdown the COP and the motor power was developed to quantify the efficiency improvements of the system and the major losses. The performance of both magnetic refrigerators were evaluated in terms of the regenerator temperature span, coefficient of performance (COP) and the overall second-law efficiency (?_2nd) as a function of different operating conditions. <br> / A refrigeração magnética é uma tecnologia alternativa de refrigeração para aplicações ao redor da temperatura ambiente baseada no efeito magnetocalórico (EMC). Este efeito se manifesta por meio de uma variação instantânea na temperatura de um material magnético quando submetido a uma variação de campo magnético externo. Um regenerador magnético ativo (RMA) submetido a um ciclo termodinâmico regenerativo permite transferir calor de um reservatório de baixa temperatura para um de alta temperatura através do trabalho magnético. Neste trabalho de doutorado foi realizada uma análise desta tecnologia com contribuições em quatro frentes de pesquisa. Na primeira etapa foi desenvolvida uma câmara de temperatura controlada para melhorar a medição direta do EMC por meio da variação adiabática da temperatura, ?T_ad. Neste trabalho foram caracterizadas amostras do material magnetocalórico de referência, gadolínio (Gd), e amostras de um dos refrigerantes magnéticos mais promissores, MnFe(P,As). A segunda frente consistiu no projeto de um circuito magnético do tipo rotor-estator com dois polos magnéticos de fluxo magnético de aproximadamente 1 T visando o uso eficiente dos ímãs permanentes de Nd-Fe-B, por meio de uma metodologia proposta através do conceito de segmentos magnetizados. Na terceira etapa, foi projetado e construído um refrigerador magnético do tipo rotativo na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) composto pelo circuito magnético otimizado e um RMA fixo com 8 pares de camadas empacotadas com 1.7 kg de esferas de Gd. A sincronização magneto-hidráulica foi realizada por duas válvulas rotativas de baixo atrito, desenvolvidas neste trabalho, ambas alocadas no lado quente do sistema para evitar geração de calor no lado frio. Na última parte desta tese, foi realizada uma análise experimental e termodinâmica de um sistema de refrigeração magnética desenvolvido na Universidade Técnica da Dinamarca (DTU). Um mapeamento detalhado das perdas externas ao regenerador e uma análise de decomposição do COP e da potência consumida pelo motor foram conduzidos para quantificar as melhoras na eficiência do sistema e as perdas mais relevantes. O desempenho de ambos sistemas foi avaliado em termos da amplitude de temperatura do regenerador, do coeficiente de performance (COP) e da eficiência de segunda lei da termodinâmica (?_2nd) em função de diferentes condições de operação.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-16T03:05:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337634.pdf: 63898220 bytes, checksum: 146c584c90b87b526e2c04a518bb6fa8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Abstract : The research on alternative technologies aims at the development of environmentally-friendly thermal systems with a lower energy consumption. In this context, magnetic refrigeration at near-room temperature stands out as a promising alternative technology for the development of refrigeration systems. The present thesis advances theoretical and experimental analyses of passive and active magnetic regenerators aiming at applications in refrigeration systems. The study of passive regenerators will provide the basis for the assessment of the active matrices. Therefore, the thesis work was carried out along two research fronts. The first is concerned with the study of the thermal-hydraulic performance of passive regenerators through an evaluation of their effectiveness and viscous losses. The second front is dedicated to the evaluation of active magnetic regenerators as part of a refrigeration cycle, by means of an analysis of the system cooling capacity, temperature difference between the thermal reservoirs and coefficient of performance. Both fronts have experimental and numerical approaches. In the experimental part, an apparatus for the evaluation of passive and active magnetic regenerators was designed and built. Different matrix geometries (parallel plates, pin arrays and packed beds of spheres) were evaluated in terms of their thermal performances. In the numerical analysis, a mathematical model based on the finite volume method was developed to solve the transient one-dimensional forms of the momentum equation for the fluid flow through the porous matrix and the energy equations for the fluid and solid phases. Different types of losses were included in the model, such as the internal demagnetizing field, heat transfer to the surroundings, axial heat conduction and void volume losses. Finally, a methodology to optimize passive and active regenerators based on the Entropy Generation Minimization theory was proposed and implemented in the numerical model.<br> / A pesquisa por tecnologias alternativas busca o desenvolvimento de sistemas térmicos com menor consumo energético e ambientalmente amigáveis. Neste contexto, a refrigeração magnética, baseada no efeito magnetocalórico, se destaca como uma tecnologia alternativa promissora para o desenvolvimento de sistemas de refrigeração. O presente trabalho de doutoramento tem por objetivo fazer uma análise teórico-experimental de regeneradores passivos e magnético-ativos para aplicações em sistemas de refrigeração. O estudo de matrizes regenerativas passivas servirá de base para a avaliação das matrizes ativas. Logo, o trabalho desenrola-se em duas frentes de pesquisa. A primeira tem como objetivo estudar o desempenho térmico e hidrodinâmico de regeneradores passivos por meio da avaliação da efetividade e perdas viscosas. A segunda frente tem como objetivo avaliar regeneradores magnético-ativos quanto a sua aplicação em um ciclo de refrigeração, sendo extraídas informações acerca da capacidade de refrigeração, da diferença de temperaturas entre os reservatórios térmicos do sistema e do coeficiente de performance. Ambas as frentes de pesquisa terão abordagem experimental e numérica. Na primeira, foi projetado e construído um aparato para a avaliação de regeneradores passivos e magnético-ativos, além da fabricação de diferentes geometrias de matrizes (placas paralelas, banco de pinos e leito de esferas) para a avaliação e comparação de seus respectivos desempenhos térmicos. Já na abordagem numérica, foi desenvolvido um modelo unidimensional e transiente, baseado em volumes finitos, o qual resolve a equação da quantidade de movimento para meios porosos e as equações da energia para as fases fluida e sólida de forma acoplada. Diferentes tipos de perdas como o campo desmagnetizante interno, além de perdas térmicas para o ambiente, condução axial e volume morto foram incluídas no modelo. Por fim, é proposta uma metodologia de otimização de regeneradores baseada na Teoria da Minimização da Entropia, implementada no modelo numérico.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:20:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337631.pdf: 8303443 bytes, checksum: baf28541ffea26b50844e729b74ed3c9 (MD5) Previous issue date: 2015 / O presente trabalho trata da pesquisa e desenvolvimento do processo TIG Duplo Eletrodo, modalidade investigada pela primeira vez em um trabalho acadêmico realizado em território nacional, e que mesmo internacionalmente é restrita a poucos grupos de pesquisa. O objetivo geral do trabalho realizado estava inserido no contexto do desenvolvimento de tecnologias de soldagem de alta produtividade usando o processo TIG, o qual possui grande potencial para redução de custos e diminuição do impacto ambiental se for usado em substituição ao MIG/MAG em diferentes aplicações. O resultado mais impactante foi o desenvolvimento de um primeiro sistema de soldagem nacional (tochas e fonte de soldagem) com adequada capacidade de operar com o processo duplo eletrodo, permitindo inclusive a utilização de intensidade de corrente total de até 900 A, e a prospecção de aplicações de elevada produtividade. Os equipamentos desenvolvidos proporcionaram a flexibilidade necessária para viabilizar o estudo dos principais aspectos do processo, usando combinações distintas de posicionamento entre os eletrodos para caracterizar a morfologia do arco em diferentes condições. Um dos principais aspectos abordados foi o desvio do arco causado pela interação dos campos magnéticos formados em cada eletrodo e que varia de intensidade conforme é modificado o afastamento entre os eletrodos. Em determinadas condições, esse desvio resulta em um fluxo de plasma em direção contrária à peça causando efeitos prejudiciais como forte instabilidade e aquecimento excessivo da tocha. Esses problemas podem ser evitados usando a técnica de pulsação sincronizada fora de fase ou utilizando pequenas distâncias entre as pontas dos eletrodos. Foi constatada uma considerável influência da velocidade de soldagem na morfologia do arco, causando ainda grande diferença nos valores de queda de tensão em cada eletrodo. Foram realizados ensaios de medição da pressão de estagnação do arco com diferentes distâncias entre os eletrodos, mostrando que o processo duplo eletrodo resulta em pressão do arco muito menor do que o processo convencional para a mesma corrente média total. Adicionalmente, foram executadas medições mostrando a influência da geometria de afiação do eletrodo em tronco de cone e a variação na pressão do arco utilizando 5% de hidrogênio misturado ao argônio. Os ensaios tipo cordão sobre chapa realizados mostraram que o processo TIG duplo eletrodo apresenta menor susceptibilidade à formação de defeitos tipo humping na soldagem de elevada velocidade. O processo foi testado em soldagem de chapas em junta sobreposta, obtendo velocidade de até 1,2m/min, que significa o aumento da velocidade em 50% em comparação com o processo TIG convencional utilizando argônio puro.<br> / Abstract : This thesis deals with the research and development of the double electrode GTAW process, modality investigated for the first time in an academic work in Brazil, and even internationally is until yet restricted to a few research groups. The main objective of this work was inserted in a project of high productivity welding technologies development using the TIG process, which has great potential for cost savings and reduced environmental impact if used to replace the MIG / MAG in different applications. The most significant result was the development of a complete welding system (torches and welding power source) that allowed operating with the double electrode process adequately. It has enabled the use of total current intensity of up to 900 A, that is important for prospecting high productivity applications. The developed equipment provided the necessary flexibility to enable the study of the most relevant aspects of the process, using different combinations of positioning between the electrodes in order to characterize the arc morphology in different conditions. One of the main issues addressed was the arc deviation caused by the interaction of the magnetic fields from the arc of each electrode. This deviation assumes different intensities depending on the distance and positioning between the electrodes. In some situations, this deviation results in an unwanted plasma flux toward the welding torch that produces harmful effects as strong instability and torch overheating. These problems can be avoided by using the synchronized out of phase pulse technique or using small distances between the electrodes. It was noticed a considerable influence on the welding speed at the arc morphology, also causing significant difference in voltage drop values at each electrode. Measurements of the arc stagnation pressure were conducted using different distances between the electrodes. The results showed that the double electrode method presents much lower arc pressure than the conventional process, for the same total average current. Furthermore, arc pressure measurements were performed showing the influence of the truncated sharpening geometry of the electrode, and the use of 5% hydrogen in the argon on the shielding gas. Bead on plate test were carried out showing that the double electrode GTAW has lower susceptibility to the humping defects formation in high speed welding. The process was also tested welding mild-steel plates in lap joint, reaching welding velocity up to 1.2 m/min using argon at shielding gas, which means 50% increasing at the speed, comparing with conventional GTAW.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Gradução em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-26T09:18:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303910.pdf: 6759454 bytes, checksum: 9262dd3afa983bbcb1c75e1d7388e942 (MD5) / A soldagem em operação é uma técnica frequentemente empregada no reparo ou modificação de tubulações devido às suas vantagens econômicas, pois evita as perdas oriundas da interrupção do serviço e garante a continuidade no fornecimento do fluido. Na aplicação da técnica, as principais dificuldades envolvidas são a ocorrência de trincas a frio e o risco de perfuração da parede pelo arco voltaico. A tecnologia existente e a experiência adquirida estão relacionadas principalmente com o reparo de tubos de parede espessa (6,3 mm ou mais) e de aços de baixa resistência. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de reparo em dutos com pequena espessura, entre 3,2 e 4,8 mm, fabricados em aços de alta resistência (API 5L X70) de uma forma segura, isto é, evitando ao mesmo tempo a perfuração e as trincas a frio induzidas pelo hidrogênio. Dois métodos foram pesquisados: reparo por simples deposição de solda (RDS) e soldagem com o uso de dupla calha. Foram qualificados procedimentos de soldagem para reparos em operação com a técnica da dupla calha. Também, foi construída uma bancada para testes de soldagem com ajuste variável na vazão e pressão do fluido. As soldagens foram realizadas na direção longitudinal sobre tubos contendo água como fluido interno com pressões de 2 e 5 bar e vazões de 20, 40 e 80 l/min. Para a soldagem foram usados dois processos semiautomáticos: MIG/MAG (GMAW) e arame tubular autoprotegido (FCAW-S). Para avaliar a ocorrência de trincas foram executados dois conjuntos de experimentos: o primeiro, em que foi variada a folga entre a calha e o tubo de aço com alto carbono equivalente; o segundo, em que foi imposta alta restrição à junta soldada, e também resfriamento rápido, obtido com fluxo de água no interior do tubo. Não foram detectadas trincas nos dois experimentos. Admite-se que não houve fissuração devido ao uso de processos e consumíveis com baixo teor de hidrogênio. Por outro lado, na avaliação da perfuração foram pesquisados parâmetros de soldagem limite para ocorrência, para cada processo, em função das condições estabelecidas de vazão e de pressão. Os resultados mostraram que tanto para o processo GMAW em corrente pulsada e técnica empurrando a poça, como para FCAW-S transferência goticular e tocha reta, os níveis de energia de soldagem para ocorrência da perfuração foram superiores aos obtidos na literatura para SMAW; portanto, esses processos são apropriados para soldagem de reparo em operação. Os ensaios realizados para a qualificação dos procedimentos de soldagem em operação, com os processos GMAW-P técnica empurrando e FCAW-S goticular e tocha reta, foram aprovados de acordo com os requisitos prescritos no apêndice B da norma API 1104. / In-service welding is a technique often used when repairing and modifying pipelines due to its economic advantages, since it avoids losses from service disruption and ensures continuity in the fluid supply. When using the technique, the main difficulties incurred are the occurrence of cold cracks and the risk of burn-through of the pipe wall by the arc. The existing technology and experience are primarily related to the repair of thick-walled pipelines (6.3 mm or more) and low strength steels. The aim of this study was the development of a technique for safety repairing pipelines with low thickness, between 3.2 to 4.8 mm, manufactured from high strength steels like API 5L X70 (without burn-through and cold cracks induced by hydrogen). Two methods were investigated, namely: the repair by direct deposition of weld-metal onto an active pipe and welding with the use of a full encirclement sleeve. Welding procedures were qualified with an in-service pipeline with the technique of full encirclement sleeve. A welding test bench with adjustable valves of flow and pressure (with water as flow) was constructed. The welds were made in the pipes longitudinal direction. The internal fluid pressures were (2 and 5 bar) and considered flow (20, 40 and 80 l/min.). For welding were used two semiautomatic processes: GMAW (MIG/MAG) and FCAW-S (self-shielded). For assessing the occurrence of cracks two sets of (set) adjusted experiments were performed: the first experiment, called "F", had the gap between the sleeve and pipe and steel with high carbon equivalent. The second experiment, called "R", a severe restriction was imposed onto the welded joint, as well as a fast cooling due to the flow of water inside the pipe. After analysis, no cracks were detected in both sets of experiments (considering the procedures employed and the use of low hydrogen consumables). On the other hand, for evaluating of the burn-through the welding limit parameters for each process were studied, according to the conditions set forth flow rate and pressure. The results for both techniques, the GMAW - pulsed forehand and FCAW-S spray transfer and perpendicular torch, showed that the heat input levels of welding for the occurrence of burn-through were higher than those obtained in the literature for SMAW. Therefore, they are more suitable for welding in in-service. The tests for qualifying of welding procedures in-service, processes GMAW-P and FCAW-S, were approved in accordance with the requirements prescribed in Appendix B of API Standard 1104.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:18:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 314949.pdf: 19816879 bytes, checksum: 3e5b9d682a8758eb4b2a6e7f10f0023c (MD5) / Uma das maiores ineficiências termodinâmicas de compressores de refrigeração doméstica é associada à transferência de calor que ocorre à medida que o fluido refrigerante escoa pelo sistema de sucção e entra na câmara de compressão. O principal efeito deste processo, usualmente denominado superaquecimento, é a diminuição da eficiência volumétrica, devido à redução da densidade do gás, e da eficiência isentrópica, uma vez que o trabalho específico de compressão aumenta com a temperatura inicial de compressão. Para uma análise adequada do superaquecimento e de propostas para reduzir os seus efeitos negativos, deve-se ter meios de avaliar a distribuição de temperatura do compressor em diferentes alternativas de projeto. Contudo, as temperaturas nos componentes do compressor são afetadas por diversos fenômenos que interagem entre si, tornando a simulação do campo de temperatura particularmente difícil. O presente trabalho considera o desenvolvimento de um modelo para a simulação térmica de compressores alternativos de refrigeração, formado pela combinação de uma formulação integral para a convecção de calor em regiões de escoamento de gás e óleo lubrificante e uma formulação diferencial tridimensional para a condução de calor em componentes sólidos. Os coeficientes de transferência convectiva de calor são avaliados de correlações da literatura a fim de evitar a necessidade de medições para fins de calibração. Em função da presença de geometrias complexas de escoamento, para as quais não existem correlações disponíveis, procedeu-se uma análise de sensibilidade via DoE a fim de identificar aqueles coeficientes que necessitam maior atenção. O modelo foi aplicado na simulação térmica de um compressor alternativo em três condições de operação e as previsões de distribuição de temperatura e transferência de calor se mostraram em boa concordância com dados experimentais.<br> / Abstract : One of the main sources of thermodynamic inefficiency in compressors is associated with heat transfer that takes place as the gas flows throughout the suction system and enters the compression chamber. This process is usually referred to as superheating and its main effect is the decrease of both the volumetric efficiency, due to the reduction of the gas density, and the isentropic efficiency, since the specific work of compression becomes greater as the gas temperature is increased. For a suitable analysis of gas superheating and proposals to reduce its negative effects, one must be able to verify the compressor temperature distribution according to different design alternatives. However, the temperature of each one of the compressor components is affected by several phenomena that act simultaneously, making the temperature distribution particularly difficult to predict. This work presents a simulation model for thermal analysis of reciprocating compressors formed by combining a lumped formulation for heat convection in fluid flow regions and a three-dimensional differential formulation for heat conduction in the solid components. Convective heat transfer coefficients were evaluated from correlations available in the literature so as to avoid calibration based on experimental data. Because some complex flow geometries in the solution domain have no correlation available, a sensitivity analysis was carried out via DoE to identify those coefficients that require more attention. The model was applied to a reciprocating compressor under three operating conditions and predictions for temperature distribution and heat transfer were seen to be in good agreement with measurements.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-07-15T22:43:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Anualmente mais de 55 milhões de automóveis com motores de combustão interna são fabricados no mundo, sendo que cada vez maiores exigências nos projetos e menores custos de produção são exigidos. No caso da fabricação de virabrequins, o desenvolvimento dinâmico dos últimos 2 anos em novos conceitos de fabricação evidencia o esforço na busca por melhores alternativas de manufatura. Dentre estas, o torno-torno-brochamento é um processo de fabricação de virabrequins relativamente novo, que combina a concepção convencional de torneamento, para o processo de desbaste, e o torno-brochamento como processo de pré-acabamento para a posterior retificação. Por se tratar de um processo amplamente utilizado na usinagem de virabrequins, este trabalho tem como objetivo o estudo do processo de torno-brochamento através da modelagem da cinemática, da modelagem dos esforços de usinagem e da realização de experimentos que validem os modelos elaborados. Assim, a partir deste estudo é possível influência de parâmetros de entrada sobre o processo de formação de cavaco, erros de forma, esforços de usinagem e deflexão do virabrequim durante o processo. Os ensaios de torno-brochamento mostraram forte equivalência entre os dados experimentais e os obtidos através de simulações.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:02:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 282342.pdf: 2052768 bytes, checksum: 75c659632cf9c038726ffe0c9b6bd6e1 (MD5) / Para que se possa simular as equações macroscópicas totalmente compressíveis partindo da equação de Boltzmann é necessário muito cuidado no processo de discretização do espaço de velocidades. Deste modo, a conexão física existente entre a equação de Boltzmann em rede (lattice-Boltzmann equation) e a sua similar no contínuo deve ser levada em consideração, e para tal um procedimento é formalmente derivado. A discretização do espaço de velocidades é feita através de um processo de quadratura, onde a norma dos polinômios de Hermite do espaço de Hilbert contínuo é igualada à norma do espaço discreto de velocidades O método, chamado de quadratura com abscissas prescritas, permite que se fixem os pólos de integração, podendo deste modo ter-se o processo de propagação exata, característica importante dos métodos que resolvem a equação de Boltzmann em rede. Utilizando a quadratura com abscissas prescritas, redes tradicionais do método são derivadas, tais como D1Q3, D2Q7, D2Q9, D3Q15, D3Q19 e D3Q27, e também redes de ordens mais altas para uma, duas e três dimensões. Ao invés de usar a técnica de ajuste dos coeficientes polinomiais para a expansão da distribuição de equilíbrio, a distribuição de Maxwell-Boltzmann é aproximada para uma dada ordem. Uma análise de estabilidade linear é então feita e mostra a melhor performance do método proposto frente a outros métodos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:34:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 320682.pdf: 7763558 bytes, checksum: 1c1e87837fcae866df58799f9b96969f (MD5) Previous issue date: 2013 / O processo de soldagem TIG é caracterizado pela sua excelente estabilidade do arco, o que confere soldas com elevado grau de qualidade. Esta característica faz deste processo a escolha ideal para aquelas aplicações cujo propósito é a realização de soldas de compromisso. Entretanto, sua relativa baixa capacidade de produção o torna muitas vezes insatisfatório nas aplicações industriais. Neste contexto, diversos métodos vêm sendo constantemente desenvolvidos com o objetivo de elevar os níveis de produtividade conseguidos associado à qualidade da junta soldada. Com o avanço na tecnologia dos transistores de potência, uma nova possibilidade tem sido alvo recentemente de estudos (os primeiros trabalhos publicados datam de 1999) que consiste na excitação ultrassônica do arco mediante a pulsação da corrente em frequências acima de 20 kHz. Os estudos mostram melhorias quanto à produtividade, à penetração da solda e às características metalúrgicas e propriedades mecânicas das soldas, dentre outras. Diante do potencial que se vislumbra a partir dos resultados desses estudos, foi projetada e, construída, uma fonte de soldagem dotada de características especiais capaz de realizar a pulsação da corrente com diversos formatos de onda (a saber, senoidal, retangular e triangular), em frequências que podem ser variadas entre 20 e 80 kHz. Também foi desenvolvido um sistema capaz de medir com elevada repetitividade a pressão do arco nos processos com eletrodos não consumíveis. Com a bancada assim constituída, foram realizados ensaios que permitiram determinar as seguintes alterações quando do uso da pulsação da corrente em frequências ultrassônicas: aumento substancial da pressão do arco, cujo valor depende da frequência utilizada; aumento da estabilidade do arco, ao ponto de permitir a manutenção do arco com baixíssimos valores de corrente; aumento do rendimento de fusão, mas sem uma variação significativa da relação entre a penetração e a largura do cordão; um aumento da dureza do metal de solda, que parece estar associado ao aumento da taxa de resfriamento e este, por sua vez, associado a um aumento da condução térmica; transição mais suave entre a dureza do metal de solda e zona afetada pelo calor, que tem benefícios potenciais quanto ao desempenho da junta soldada. <br>