Esta tesis, consistente en una recopilación de artículos de investigación originales autocontenidos, se ocupa del estudio de los mecanismos físicos que explican algunas características de la dinámica de convección térmica con aplicación a convección penetrativa, frecuentemente observada en lagos y reservorios chilenos. Este fenómeno consiste en la aparición de un campo de flujo derivado del enfriamiento superficial de una masa de de fluido donde potencialmente puede existir una estratificación de densidad previa. Si bien este problema ha sido extensivamente estudiado empleando experimentos de pequeña escala (desde 1 mm hasta unos pocos centímetros), no es el caso para sistemas naturales de mayor tamaño, donde los flujos son comúnmente turbulentos y la dinámica asociada está además acoplada con perturbaciones espaciotemporales, incluyendo temperatura ambiente y vientos locales. El presente trabajo se ocupa de algunas de estas interrogantes, incluyendo las condiciones requeridas para la aparición de convección penetrativa bajo condiciones de borde térmicas que dependen del tiempo y suponiendo ausencia de viento. Primero, se consideró el caso más simple de un enfriamiento superficial repentino, modelado como una capa horizontal infinita, inicialmente en reposo, de fluido de Boussinesq. La siguiente fase de este estudio consistió en la elaboración de un modelo teórico simplificado, propuesto como una base para dar cuenta de la estabilidad de sistemas de pequeña escala frente a patrones de forzamiento térmico sinusoidales, buscando así un símil al efecto de enfriamiento vespertino o nocturno en lagos en los casos donde además hay turbulencia media nula antes del comienzo del flujo convectivo. Un segundo aspecto de este trabajo de tesis fue el estudio del efecto de la presencia de fuentes y sumideros térmicos cercanos. Para condiciones débiles de calentamiento y enfriamiento, se ha encontrado que el estudio de esta configuración es equivalente al estudio de la interacción entre plumas térmicas y corrientes de densidad en régimen laminar. Se ha perseguido los objetivos mencionados empleando una combinación de métodos, incluyendo simulaciones numéricas, técnicas analíticas de perturbación para el estudio de la estabilidad de los sistemas referidos modelados a través de las ecuaciones de Navier-Stokes y energía, además de la realización de experimentos. En este último caso, se propone una técnica de medición simultánea de los campos vectoriales de velocidad (usando PIV) y gradiente de densidad (usando schlieren sintético). La naturaleza inherentemente delicada de los experimentos llevados a cabo hizo necesario el desarrollo de sistemas de control ad-hoc. Como resultado de estas actividades, ha sido posible vincular las propiedades del fluido con parámetros adimensionales (incluyendo los números de Prandtl y Rayleigh), para dar cuenta de los tiempos de inicio de convección y frecuencia de forzamiento térmico en la superficie (entre otros). Del estudio de inhomogeneidades espaciotemporales, se encontró que las plumas térmicas bidimensionales laminares pueden sobrevivir el impacto con una corriente de gravedad modificando, sin embargo, su posición original.

A finalidade da presente dissertação é desenvolver uma teoria de suspensões coloidais com contraÍons multivalentes. O objetivo é calcular o perfil de densidáde dos contraÍons no modelo de cela de Wigner-Seitz esférica. Uma nova condição de contorno para a equação de Poisson- Boltzmann (PB) é deduzida; essa condição de contorno é justificada pelo fato de que em sistemas fortemente correlacionados, a maioria dos contraíons estão condensados nos coloides. Contraíons que estão longe das partículas coloidais vão estar em um regime disperso, no qual a equação de PB continua válida. Para obter a condição de contorno para a equação de PB, seguindo Shklovskii, consideramos o equilíbrio termodinâmico entre os contraíons condensados, que são modelados como um líquido fortemente correlacionado - o plasma de um componente -, e os contraíons no regime disperso. A densidade efetiva de contraíons na camada que envolve a partícula coloidal é obtida usando um procedimento do tipo "coarse graining". Um procedimento de comparação permite-nos conectar os dois regimes através da nova condição de contorno. O método é diferente do originalmente preconizado por Shklovskii, que usou o raio do contraíon para definir a concentração dos contraíons condensados. / The goal of the present dissertation is to develop a theory of colloidal suspensions with multivalent counterions. The objective is to calculate the counterion density profile within a spherical Wigner Seitz cell model. A new boundary condition for the Poisson-Boltzmann (PB) equation is derived. This boundary condition is justified by the fact that in a strongly correlated system, most of the counterions are condensed onto colloids. Counterions which are far from colloidal particles will be in a disperse regime in which the PB equation remains valid. To get the boundary condition for the PB equation, following Shklovskii, we consider the thermodynamic equilibrium between the condensed counterions, which are modeled as a strongly correlated fluid - the one component plasma - and the counterion in the disperse regime. The effective counterion density in the shealth surrounding the colloidal particle is obtained using a coarse graining procedure. A matching procedure allows us to connect the two regimes through the new boundary condition. The method is different from the one originally advacated by Shklovskii, who used the counterion radius to define the concentration of condensed counterions.

Orientador: Luiz Roberto Carrocci / Banca: José Luz Silveira / Banca: Mauro Pereira Otero / Resumo: É comum serem identificados trincas em alvenaria de tijolos, não somente depois de um certo tempo da construção, mas também por vezes aparecem estas trincas desagradáveis durante a própria construção. Depois de alguns estudos é possível verificar que, dentre outros fatores, um deles é devido à umidade absorvida pelos elementos da parede (tijolos e argamssa). Es umidade pode vir do ar (dia únmido), de chuvas, do solo e até do excesso da quantidade de água contida na argamassa de assentamento. Ela em contato com os elementos da parede, porosos, concorrerá para a percolação capilar dando origem a esforços internos consideráveis, que virão provocar deslocamentos, que via de regra são diferentes para o tijolo e para a argamssa("delta"Ltijolo#"delta"Largamassa), daí então o aparecimento de trincas. Portanto, com vistas a esses fenômenos, resolveu-se estudar este assunto de forma inicial, sem grande e sofisticado equipamento de medição do escoamento capilar, mas conduzindo a análise para obtenção de valores médios de pressão e velocidade de fluído, medindo as deformações gerais dos elementos tijolos. / Abastract: It is common to find cracks in bricks masonry not just after some time of the construction but, the appearance of these unpleasant cracks, are also common during the contruction work. After some research it is possible to verify that, among other factors, one of its cause is due to the humidity absorbed by the elements of the wall (bricks and mortar. Now, this humidity may come from the air (e. g. a humid day), from rain, from the ground and from an exaggerated amount of the water mixed in the mortar laying. These when in contact with theporous elements of the wall will induce a capillary percolation that creates considerable internal stress that will give origin to displacements. These displacement are usually different for the brick and for de mortar ("delta"LBrick#"delta"L mortar) and because of that cracks will appear. With that in mind, it was decided to study this subject initially without bulky and sophisticated equipment for the measurement of capillary flow. Our approach was to make the analysis by obtaining medium values for the pressure and fluid speed, measuring the general deformations of the bricks. / Mestre

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-28T13:46:40Z No. of bitstreams: 1 132612.pdf: 2624940 bytes, checksum: 945359c75b502dae428523337d344f23 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-28T13:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 132612.pdf: 2624940 bytes, checksum: 945359c75b502dae428523337d344f23 (MD5) Previous issue date: 1973-01 / Este trabalho resultou da necessidade de se medir vazões no sistema de refrigeração de uma fábrica de borracha (FABOR) e no sistema de abastecimento de água do complexo petroquímico de Duque de Caxias, Estado do Rio de Janeiro (principalmente, REDUC e FABOR). As medições foram realizadas pelo método Pico-a-Pico, com o auxílio de dois conjuntos de medição completamente independentes. É mostrado que uma precisão melhor que noventa e nove por cento, ou seja, erros inferiores a um por cento, pode ser facilmente obtida por este método, em determinações da velocidade média do escoamento. Em geral, a precisão depende em grande parte da precisão da área da seção transversal da tubulação. É proposto aqui um novo e aperfeiçoado método de interpretação, bem como se apresenta um completo procedimento de medição. Uma análise do coeficiente de dispersão experimental mostrou excelente concordância com o valor teórico, para uma tubulação reta e um considerável acréscimo deste valor para tubulações com curvas, válvulas, derivações, etc. Os valores reais obtidos para o coeficiente de dispersão estão sendo utilizados no planejamento de outros trabalhos semelhantes. A análise das curvas de dispersão medidas (picos) parece indicar que uma melhor descrição teórica é obtida quando se aplica uma nova solução da equação da dispersão. / This work resulted from a need to measure flow rates in the cooling system of a rubber factory (FABOR) and in the water supply system of whole petrochemical complex in Duque de Caixas, State of Rio de Janeiro (mainly REDUC refinery an FABOR factory). Measurements were perfomed by the so-called Peak-to-Peak method with two completely independed measuring systems. It has been shown than an accuracy better than one percent is easily obtainable by this method for the flow velocity measurement. Overall accuracy of the flow rate depends finally on the accuracy of the cross-section area of the pipeline. A new, improved, method of interpretation has been proposed and a complete measurement procedure worked out. Analyse of the dispersion coefficient showed a very good agreement with theoretical value for a smooth pipeline, and a considerable increase of its value for pipelines with bends, valves, etc. Obtained real values of the dispersion coefficient were already used for the planning of other similar works. Analyse of the measured dispersion curves (peaks) seems to indicate that a better theoretical description is obtained when a new solution of the dispersion equation is applied.

Made available in DSpace on 2016-04-25T11:22:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000478310-Texto+Completo-0.pdf: 4214220 bytes, checksum: c994d11e326960f203b011fc18fb6a33 (MD5) Previous issue date: 2016 / The determination of the contribution of certain constituents to the global odor of a product has been the subject of interest to researchers. It is known that only a small part of the large number of volatile compounds present in a fragrant matrix contributes to the perception of its odor. In addition, these molecules do not contribute equally to the global odor profile of a sample, so a large relative concentration of a compound; do not necessarily correspond to a high intensity odor. Gas chromatography/olfactometry (GC/O) is analytic technic appropriate for studying such issues, since it enables the assessment of odor of each component of complex mixture through specific correlation with the compounds of interest. This is possible because the volatile components of the substances have perceived simultaneously by two detectors, one being the human olfactory system and the other the chromatography detector. The objective of this study is the project, development, implementation and validation of a hybrid equipment (GC/O) to olfatometric analysis and the use of it as tooling for analysis of natural extracts incorporated in different materials. The initial result of the work consisted of the olfactometer own, tested and validated for use in studies associated with this thesis. With the olfactometer, essential oils were analyzed of native species in order to assess the aromatic potential of these extracts and volatile compounds of honey as a way to develop and validate an alternative technique to identification source. With the results referent to the equipment and raw materials, there was made studies on the controlled release of volatile compounds impregnated in textiles by supercritical impregnation, using the gas chromatography/olfactometry as an analytical method. / A determinação da contribuição de determinados constituintes para o aroma global de um produto tem sido alvo de interesse de pesquisadores. Sabe-se que apenas uma pequena parte do grande número de compostos voláteis presentes em uma matriz perfumada contribui para percepção do seu aroma. Além disso, estes compostos não contribuem igualmente para o perfil do aroma global da matriz, portanto, uma grande concentração relativa de um determinado composto, não necessariamente correspondem a intensidades altas de aroma. A cromatografia gasosa/olfatometria (GC/O) é a técnica analítica indicada para estudar tais questões, pois permite a avaliação do aroma de cada componente de uma mistura complexa, através da correlação específica com os compostos de interesse; isso é possível porque os componentes voláteis das substâncias são percebidos simultaneamente por dois detectores, sendo um deles o sistema olfativo humano e o outro um detector cromatográfico. O objetivo deste estudo foi o desenvolvimento, implantação e validação de um equipamento híbrido (GC/O) para análises olfatométricas e emprego do mesmo como ferramental de análise de extratos naturais incorporados em materiais. Inicialmente, o olfatômetro foi construído, testado e validado, para uso em diferentes matrizes. Com o olfatômetro, foram analisados óleos essenciais de espécies nativas como forma de avaliar o potencial aromático destes extratos e compostos voláteis de méis como forma de propor e validar uma técnica alternativa de identificação de origem destes produtos. A partir dos resultados referentes ao equipamento e às matérias primas, realizou-se estudos sobre a liberação controlada de compostos voláteis impregnados em tecidos pela impregnação supercrítica, tendo como método de análise a cromatografia gasosa/olfatometria.

Made available in DSpace on 2016-04-23T12:26:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000478310-Texto+Completo-0.pdf: 595 bytes, checksum: b090348aa6d00a23e00d7d95e2d4fcb8 (MD5) Previous issue date: 2016 / The determination of the contribution of certain constituents to the global odor of a product has been the subject of interest to researchers. It is known that only a small part of the large number of volatile compounds present in a fragrant matrix contributes to the perception of its odor. In addition, these molecules do not contribute equally to the global odor profile of a sample, so a large relative concentration of a compound; do not necessarily correspond to a high intensity odor. Gas chromatography/olfactometry (GC/O) is analytic technic appropriate for studying such issues, since it enables the assessment of odor of each component of complex mixture through specific correlation with the compounds of interest. This is possible because the volatile components of the substances have perceived simultaneously by two detectors, one being the human olfactory system and the other the chromatography detector. The objective of this study is the project, development, implementation and validation of a hybrid equipment (GC/O) to olfatometric analysis and the use of it as tooling for analysis of natural extracts incorporated in different materials. The initial result of the work consisted of the olfactometer own, tested and validated for use in studies associated with this thesis. With the olfactometer, essential oils were analyzed of native species in order to assess the aromatic potential of these extracts and volatile compounds of honey as a way to develop and validate an alternative technique to identification source. With the results referent to the equipment and raw materials, there was made studies on the controlled release of volatile compounds impregnated in textiles by supercritical impregnation, using the gas chromatography/olfactometry as an analytical method. / A determinação da contribuição de determinados constituintes para o aroma global de um produto tem sido alvo de interesse de pesquisadores. Sabe-se que apenas uma pequena parte do grande número de compostos voláteis presentes em uma matriz perfumada contribui para percepção do seu aroma. Além disso, estes compostos não contribuem igualmente para o perfil do aroma global da matriz, portanto, uma grande concentração relativa de um determinado composto, não necessariamente correspondem a intensidades altas de aroma. A cromatografia gasosa/olfatometria (GC/O) é a técnica analítica indicada para estudar tais questões, pois permite a avaliação do aroma de cada componente de uma mistura complexa, através da correlação específica com os compostos de interesse; isso é possível porque os componentes voláteis das substâncias são percebidos simultaneamente por dois detectores, sendo um deles o sistema olfativo humano e o outro um detector cromatográfico. O objetivo deste estudo foi o desenvolvimento, implantação e validação de um equipamento híbrido (GC/O) para análises olfatométricas e emprego do mesmo como ferramental de análise de extratos naturais incorporados em materiais. Inicialmente, o olfatômetro foi construído, testado e validado, para uso em diferentes matrizes. Com o olfatômetro, foram analisados óleos essenciais de espécies nativas como forma de avaliar o potencial aromático destes extratos e compostos voláteis de méis como forma de propor e validar uma técnica alternativa de identificação de origem destes produtos. A partir dos resultados referentes ao equipamento e às matérias primas, realizou-se estudos sobre a liberação controlada de compostos voláteis impregnados em tecidos pela impregnação supercrítica, tendo como método de análise a cromatografia gasosa/olfatometria.

Orientador: João Batista Campos Silva / Banca: João Batista Aparecido / Banca: Estaner Claro Romão / Resumo: O método clássico de elementos finitos denominado de método de Bubnov-Galerkin ou Método de Galerkin (GFEM) é ótimo para solução de problemas difusivos, entretanto, para o caso de problemas com convecção dominante como ocorre em muitos problemas de escoamentos de fluidos, o GFEM produz soluções oscilantes para altos números de Reynolds. Diversas técnicas têm sido associadas à discretização dos termos convectivos nas equações de Navier-Stokes para remediar a deficiência do GFEM. Uma destas técnicas é denominada na literatura de separação baseada na característica (em inglês CBS - Characteristic Based Split), e tem sido aplicada com sucesso para estabilização das soluções de problemas convectivos usando o GFEM. Neste trabalho, o GFEM associado ao esquema CBS será aplicado para simulação de casos de escoamentos incompressíveis bidimensionais e tridimensionais / Abstract: The classical finite element method called the method of Bubnov-Galerkin or Galerkin Method (GFEM) is optimum for solving diffusion problems, however, in case of problems with dominant convection as in many problems of fluid flow, the GFEM produces oscillating solutions for high Reynolds numbers. Several techniques have been associated with the discretization of the convective terms in the Navier-Stokes equations to remedy the deficiency of GFEM. One of such techniques is denominated in literature as Characteristic Based Split (CBS) and has been applied successfully to stabilize the solutions of convective problems using GFEM. In this work, the GFEM associated with the Characteristic Based Split (CBS) scheme will be applied to simulate two and three-dimensional incompressible fluid flows / Mestre

Orientador: Geraldo Maciel de Freitas / Co-orientador: Cláudio Kitano / Banca: Elaine Maria Cardoso / Banca: José Junji Ota / Resumo: Esta dissertação de mestrado faz uma abordagem do trabalho experimental desenvolvido no âmbito de pesquisa de escoamento de fluidos não-newtonianos em canais inclinados. Quando estes escoamentos são colocados em condições favoráveis de inclinação e vazão, pode-se constituir um domínio propício à propagação de instabilidades na superfície livre que, eventualmente, podem evoluir para um tipo específico de ondas, conhecidas na literatura como roll waves. Estas ondas, de comprimento e amplitude bem definidos, são especialmente afetadas pelas características do escoamento e do fluido. Em termos de fluido teste, foi confeccionado, caracterizado reologicamente e utilizado o gel de carbopol, de base polimérica e de propriedade não-newtonianas, com bom ajuste do modelo reológico de Herschel-Bulkley. Como existe na literatura uma grande lacuna no que diz respeito a medidas deste fenômeno tanto na natureza quanto em laboratório, buscou-se neste trabalho, projetar e construir um aparato experimental que fosse capaz de reproduzir as condições necessárias para a geração de roll waves, em condições controladas. Técnicas fotométricas e ultrassônicas foram utilizadas no experimento para aferir informações de altura de escoamento, após o fluido teste (gel de carbopol) ser perturbado, por um sistema específico projetado para este fim. O aparato experimental desenvolvido permite, doravante, simulações de roll waves em diversos cenários para fluidos de reologia diversa, constituindo assim, um suporte de grande valia ao entendimento e controle de roll waves presentes, por exemplo em corridas de lama / Abstract: This dissertation makes an approach to the experimental work carried out within the research of non-Newtonian fluids drained in inclined channels. When these flows are placed in favorable slope and flow, can be a suitable area to the spread of instability at the free surface which may eventually evolve into a specific type of waves, known in the literature as "roll waves". These waves of well- defined length and amplitude are especially affected by the flow characteristics and the fluid. In terms of fluid test was elaborated, rheologically characterized and used carbopol gel, polymer-based and non-Newtonian property, with good adjustment of the rheological model of Herschel-Bulkley. As there is a big gap in the literature regarding to both measures of this phenomenon in nature as in the laboratory, was sought in this work, the formation of an experimental apparatus that was able to reproduce the necessary conditions for the generation of roll waves in the laboratory, under those controlled conditions. Photometric and ultrasonic techniques were used in the experiment for measuring height information of the flow after the test fluid (carbopol gel) being disturbed by a specific system designed for this purpose. The experimental apparatus developed now enables simulations of roll waves in various scenarios for different fluid rheology, is thus an invaluable support to the understanding and control of this "roll waves" present in mud, for example / Mestre

Orientador: Sérgio Said Mansur / Coorientador: Edson Del Rio Vieira / Banca: João Batista Campos Silva / Banca: Vicente Luiz Scalon / Resumo: Orifício integral é um medidor de vazão industrial útil para as linhas de pequeno diâmetro (tipicamente até 38 mm), que permite um alinhamento muito preciso do conjunto. No presente trabalho, foram realizados vários experimentos utilizando orifícios integrais em tubos de PVC de 1⁄2 polegada, para verificar a influência da rugosidade do tubo, da excentricidade do furo e da geometria do orifício nas medições de vazão. Experimentos adicionais foram feitos para verificar influências de fabricação e a interferência da rugosidade do tubo sobre a operação do equipamento. Os coeficientes de descarga foram obtidos em função do número de Reynolds e, posteriormente, comparados entre si e com a literatura (fabricantes e normas). Os resultados mostraram que os orificios concêntricos com borda em canto vivo permitem operação em uma ampla faixa de Reynolds, além de apresentarem um processo de produção mais barato e uma boa precisão. Uma equação representativa do coeficiente de descarga foi proposta para este tipo de placa / Abstract: Integral orifice is an industrial flowmeter useful for small diameter lines (typically up to 38 mm), which provides a very precise alignment. In the present work, experiments have been performed using integral orifices in 1⁄2 inch PVC pipes, in order to check the influence of the tube roughness, the eccentricity of the hole and orifice geometry in the flow measurements. Additional experiments have been carried out to verify the influence of the manufacturing process and the roughness in tubes on the equipment operation. Discharge coefficients have been obtained for the different orifices as a function of the Reynolds number. Results have been compared to each other and with data from the literature (manufacturers and standards). Results show that concentric plates with square edge permit operation in a wide Reynolds number range, allied a cheaper manufacturing process and a good accuracy. A representative equation for the discharge coefficient of such a plate has been determined / Mestre

Orientador: José Luiz Gasche / Banca: Cassio Roberto Macedo Maia / Banca: Odenir de Almeida / Resumo: Compressores alternativos herméticos são amplamente utilizados em sistemas de refrigeração por compressão de vapor de pequeno e médio porte. Uma das principais partes deste tipo de compressor é o sistema de válvulas automáticas utilizadas para controlar os processos de sucção e descarga. O estudo experimental ou analítico/numérico destes processos é bastante complexo, principalmente pela presença do problema de interação fluido-estrutura durante o funcionamento das válvulas e pela complexidade geométrica de todo sistema. Por isso, modelos simplificados como os difusores radiais têm sido usados para representar o sistema de válvulas. O presente trabalho consiste em uma investigação experimental do problema de interação fluido-estrutura em um difusor radial com relação de diâmetro de 1,2, no qual o disco frontal se movimenta sob a ação das forças do escoamento e da força de restituição de uma mola. Uma bancada experimental foi reformada e inicialmente validada com resultados de distribuição de pressão sobre um disco frontal fixo. Após a validação da bancada, o escoamento neste difusor radial com disco frontal fixo foi estudado para afastamentos adimensionais entre discos variando de 0,01 a 0,09, para uma faixa de número de Reynolds de 2.000 a 20.000. Além da análise da distribuição de pressão sobre o disco frontal, a área efetiva de força e o coeficiente de descarga também foram estudados. Finalmente, o problema de interação fluido-estrutura foi estudado considerando a posição de equilíbrio atingida pelo disco frontal e força sobre o disco frontal em função do número de Reynolds do escoamento. Usando-se estes mesmos dados, determinou-se o comportamento da área efetiva de força e do coeficiente de descarga para toda faixa de operação dos testes. Estes dados podem ser usados para a validação ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Hermetic reciprocating compressors are widely used in small and medium size vapor compression refrigeration systems. One of the main parts of this type of compressor is the automatic valve system used for controlling the suction and discharge processes. The experimental or analytical/numerical study of these processes is very complex, mainly because the occurrence of the fluid-structure interaction problem during the operation of the valves and due to the geometric complexity of the whole system. Thus, simplified models as radial diffusers have been used to represent the valve system. This work consists in an experimental investigation of the fluid-structure interaction problem in a radial diffuser with diameter ratio equal to 1.2, in which the frontal disk moves due to the flow forces and the restitution force of a spring connected in the frontal disk. An experimental setup was refurbished and initially validated with results for pressure distributions on the surface of a fixed frontal disk. After validating the experimental setup, the flow through the radial diffuser with fixed frontal disk was studied for dimensionless gaps between disks varying from 0.01 to 0.09, for Reynolds numbers in the range of 2,000 to 20,000. In addition, the effective force area and the discharge coefficient were studied. Finally, the fluid-structure problem was studied considering the equilibrium position reached by the frontal disk and the force acting on the frontal disk as a function of the Reynolds number of the flow. Using the same data, the effective force area and the discharge coefficient behavior were determined for the whole operating range of the tests. These results can be used for validating computational codes ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre