O transiente hidráulico na adução de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH) é um importante tema de estudo para a correta escolha e dimensionamento das estruturas de amortecimento, que protegem o circuito adutor da variação abrupta da pressão interna causada pela variação na velocidade média do escoamento. Este trabalho propõe a utilização da hidrodinâmica computacional (CFD) para avaliar a oscilação de massa ou nível d\'água no interior da estrutura de proteção denominada Chaminé de Equilíbrio e comparar esses resultados com a solução teórica analítica, com os critérios de dimensionamento definidos em norma técnica e com os dados de medições experimentais. O problema foi modelado no software Ansys CFX que utiliza o método dos volumes finitos (MVF) para resolver os campos de velocidade e pressão do escoamento, tanto em regime permanente, quanto em regime transiente. Aplicando-se o modelo CFD proposto ao circuito hidráulico didático, os resultados foram validados com a formulação teórica e com as medições experimentais do nível d\'água na chaminé. O modelo foi aplicado num estudo de caso que consiste num circuito hidráulico de PCH. Os resultados da oscilação de massa no interior da chaminé para este estudo de caso confirmam o emprego da fluidodinâmica computacional para avaliar tais escoamentos em regime transitório. / The hydraulic transient in the circuit of Small Hydroelectric Power Plants (SHP) is an important study subject for the correct choice and design of damping structure which protects the conduit from an abrupt variation of the internal pressure caused by the changes in the average flow velocity. This work proposes the use of computational fluid dynamics (CFD) to evaluate the mass oscillation or water level inside the protection structure called Surge Tank and compares these results with theory, design criteria defined by the technical standard, and experimental data. The problem was modeling in Ansys CFX software that uses the finite volume method (FVM) to solve velocity and pressure flow fields, in both steady state and transient flow. The proposed model used in a hydraulic circuit led to results validation with experimental measurements of water level surge tank. For the proposed case study, the response of the numerical CFD simulation confirms the use of computational fluid dynamics to evaluate such transient flows.

Orientador: Helcio Francisco Villa Nova / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2013

Orientador: Marcos Valério Ribeiro / Banca: José Vitor Candido de Souza / Banca: Manoel Cleber de Sampaio Alves / Banca: Rosemar Batista da Silva / Banca: João Roberto Ferreira / Resumo: Reduzir o uso de fluidos de corte em operações de usinagem é uma meta que tem sido buscada na indústria devido aos problemas ecológicos e de saúde humana, causados pelos fluidos de corte. No entanto, os fluidos de corte ainda promovem uma vida de ferramenta mais longa para muitas operações de usinagem. Este é o caso da operação de fresamento de acabamento da liga de titânio Ti6Al4V usando pastilhas de metal duro recobertas. Portanto, o objetivo deste trabalho é estudar condições de corte mais adequadas para o uso da técnica de mínima quantidade de fluido, ou seja, condições que tornem a vida da ferramenta na técnica MQF, mais próximas ou superiores àquelas obtidas com corte sem lubri-refrigeração e corte com jorro de fluido, sem prejudicar a rugosidade da peça. Para alcançar estes objetivos vários experimentos de fresamento de acabamento foram realizados, variando-se a velocidade de corte e taxa de avanço com aplicação da técnica MQF com o uso de três diferentes fluidos comparados com o corte sem lubri-refrigeração e corte com jorro de fluido. A principal conclusão deste estudo foi que a aplicação da técnica MQF no processo de fresamento de acabamento do Ti-6Al-4V aumenta a vida da ferramenta, melhorando a produtividade e rugosidade, quando mantidas as mesmas condições de corte originalmente propostas / Abstract: To reduce cutting fluids use in machining operations is one goal that has been searched in industrial companies, due to ecological and human health problems caused by the cutting fluid. However, the cutting fluids still provide a longer tool life for many machining operations. This is the case of Ti6Al4V titanium alloy end milling operation using coated carbide inserts. Therefore, this work objective is to study cutting conditions more suitable for minimum quantity of fluid technique use, i.e., conditions which make tool life in MQF technique, closer or over to that obtained with dry cutting and cutting with fluid fload, without damaging the workpiece roughness. To reach these goals several end milling experiments were carried out, varying up cutting speed and feed rate with MQF technique application with three different fluids compared with dry cutting and cutting with fluid fload. The main study conclusion was that applying the MQF technique in Ti-6Al-4V end milling process increases tool life, improving productivity and roughness, when kept up the same cutting conditions proposed originally / Doutor

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O objetivo desse trabalho à estudarmos a controlabilidade aproximada, via estratÃgia de Stackeberg-Nash, para equaÃÃo do calor em domÃnios ilimitados, bem como para equaÃÃo da onda e para fluidos micropolares em domÃnios com fronteira variÃvel . / The purpose of this work is study the approximate controllability, via Stackelberg-Nash strategies to heat equation in unlimited domains, as well to wave equation and for micropolars fluids in domains with moving boundary.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-08-19T14:30:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertacao_Jose Carlos Campello Lopes Jr.pdf: 3551367 bytes, checksum: fc027437d4c362a01703752003b22515 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-19T14:30:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertacao_Jose Carlos Campello Lopes Jr.pdf: 3551367 bytes, checksum: fc027437d4c362a01703752003b22515 (MD5) Previous issue date: 2010-05-17 / In this work we investigated, theoretically and experimentally, the magneto-optical properties of a magnetic fluid consisting of core-shell nanoparticles, where the core is made of magnetite, while the shell is silver. The theoretical model used was based on Mie s theory, under the electrostatic approximation, i.e. for nanoparticles with diameters much less than the incident wavelength (lambda). A Clausius-Mosotti for a core-shell system was used to calculate the electrical susceptibility of the core-shell nanoparticle for equals to 632 nm. The susceptibility was shown to be strongly dependent on the core diameter and the shell thickness. Nevertheless, a maximum value of 7.20 (greater than isolated nanoparticles of silver, which has 0 = 4.30, or magnetite with 0 = 1.47) was obtained for a fraction f, defined as f = (Dcore/Dcore−shell)3, equal to 0.36. This result suggest that there exist an ideal fraction f for nanocomposites with enhanced optical properties. In order to compare our theoretical results with experimental data a core-shell magnetic fluid was synthesized on the Institute of Chemistry of UFG by the group of Dr. Em´ılia Celma de Oliveira Lima. The nanoparticles were suspended in water at fisiological pH and recovered by a double layer of lauric acid (dodecanoic acid). The nanoparticles were characterized by X-ray diffraction, high resolution electron transmission, energy dispersive X-ray spectroscopy, and vibrating sample magnetometer. The Sturges method was used to obtain the nanoparticle diameter histogram. The data revealed the existence of a bimodal nanoparticle distribution. Both distributions were curve fitted using a lognormal function. The modal diameter of one of them was 9.24 ± 0.03 nm with a dispersity of 0.27 ± 0.02, while for the other one we found a modal diameter of 23.0 ± 0.2 nm with disperisty 0.2 ± 0.1. The energy dispersive X-ray spectroscopy confirmed the existence of magnetite and silver only for larger particle diameters, while the lower ones only magnetite was found. From the experimental analysis we confirmed the synthesis of a magnetic fluid containing 10% of core-shell nanoparticles. Magnetization data was used to estimate the magnetic particle volume fraction. The magneto-optical properties were obtained using a magnetotransmissivity technique, where the polarizer and analyser axis are positioned on the magnetic field direction. The sample containing 10% of core-shell nanoparticles, with a total particle volume fraction of 0.18%, had shown an extinction of light of 100% for a magnetic field of only 500 Oe, while a magnetic fluid with 100% of core nanoparticles, at a similar particle concentration (0.15%), had shown a 50% extinction of light at the same field range. The magnetotransmissivity data were curve fitted with a theoretical model containing only two parameters, one related to the electrical susceptibility and the other to the formation of self-organized nanostructures in the colloid. The mean agglomerate size (nanoparticles forming linear chains) had changed from 2.09 to 3.36 for a particle volume fraction increasing from 0.06% to 0.18%. Using the estimative of the double layer lenght of lauric acid, approximately 2 nm, and analyzing the magnetotransmissivity data for several particle concentrations, we were able to obtain the fraction f of core-shell nanoparticles of 0.17. This result, together with TEM data, allowed us to calculate the core diameter of the core-shell nanoparticle as 13 nm. Indeed such result suggest that in order to be suscessful in coating the nanoparticle with the shell element one might need monodisperse-like nanoparticle systems. / Neste trabalho investigamos, teorica e experimentalmente, as propriedades magneto-´opticas de um fluido magn´etico constitu´ıdo de nanopart´ıculas core-shell (caro¸co-casca), em que o caro¸co ´e feito de magnetita e a casca de prata. O modelo te´orico utilizado baseou-se no modelo de Mie, dentro da aproxima¸c ao eletrost ´atica, que consiste no caso em que o di ametro das nanopart´ıculas ´e muito menor que o comprimento de onda da luz incidente ( ). Uma rela¸c ao de Claussius-Mossotti para o sistema core-shell foi utilizada para o c´alculo da susceptilidade el´etrica da nanopart´ıcula core-shell para lambda=632 nm. A susceptilidade el´etrica do nanocomposto foi fortemente dependente do di ametro do caro¸co e da espessura da casca. Entretanto atinge um valor m´aximo de 7,20 (maior que o de uma nanopart´ıcula de prata com 0 = 4, 30 ou de magnetita 0 = 1, 47) para uma fra¸c ao f, definida como f = (Dcore/Dcore−shell)3, igual a 0,36. Este resultado sugere que existe uma fra¸c ao ideal entre os materiais que proporciona ao nanocomposto resposta m´axima `as propriedades ´opticas. No intuito de comparar nossos resultados te´oricos com dados experimentais, um fluido magn´etico core-shell foi sintetizado no Instituto de Qu´ımica da UFG pelo grupo da Profa. Dra. Em´ılia Celma de Oliveira Lima. As nanopart´ıculas foram suspensas em ´agua em pH fisiol´ogico e recobertas por uma dupla camada de ´acido la´urico (´acido dodecan´oico). As nanopart´ıculas foram caracterizadas por difra¸c ao de raios-X (DRX), microscopia eletr onica de transmiss ao de alta resolu¸c ao (HR-TEM), espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS) e magnetometria de amostra vibrante (VSM).O m´etodo de Sturges foi utilizado para montar o histograma dos di ametros das nanopart´ıculas. Os dados revelaram a exist encia de uma distribui¸c ao bimodal. Ambas distribui¸c oes foram ajustadas considerando uma distribui¸c ao do tipo lognormal. O di ametro modal de uma delas foi de 9.24 ± 0.03 nm com uma dispers ao de 0.27 ± 0.02, enquanto que para a outra distribui¸c ao foi encontrado um di ametro modal de 23.0 ± 0.2 nm e dispers ao 0.2 ± 0.1. A espectrometria de energia dispersiva confirmou a presen¸ca de magnetita e prata, em quantidades significativas, somente nas part´ıculas de maior di ametro, enquanto nas de menor di ametro foi confirmado a exist encia apenas de magnetita. A partir destas an´alises foi confirmada a s´ıntese de um fluido magn´etico contendo 10 % das nanopart´ıculas do tipo core-chell . Dados de magnetiza¸c ao foram obtidos para estimar a fra¸c ao volum´etrica de nanopart´ıculas magn´eticas. Medidas das propriedades magneto-´opticas foram feitas utilizando a t´ecnica de magnetotransmissividade com polarizador e analisador orientados na dire¸c ao do campo magn´etico aplicado. Amostra contendo10% de suas nanopart´ıculas do tipo core-shell , com uma fra¸c ao volum´etrica total de apenas 0,18%, apresentou uma extin¸c ao da luz de 100% a um campo de apenas 500 Oe, enquanto que uma amostra com 100% de nanopart´ıculas do tipo core , em concentra¸c ao semelhante (0,15%), apresentou uma extin¸c ao de 50% na mesma faixa de campo magn´etico. Os dados de magnetotransmissividade foram ajustados considerando um modelo contendo apenas 2 par ametros, estando um deles relacionado a susceptibilidade el´etrica e outro a forma¸c ao de estruturas auto-organizadas no col´oide. O tamanho m´edio de aglomerados (nanopart´ıculas formando uma cadeia linear) variou de 2.09 para 3.36 para uma fra¸c ao volum´etrica crescendo de 0,06% para 0,18%. Usando dados da literatura acerca da estimativa do comprimento da dupla camada de ´acido la´urico, como sendo de aproximadamente 2 nm, e analisando os dados de magnetotransmissividade para diversas concentra¸c oes de nanopart´ıculas, foi poss´ıvel obter a fra¸c ao f das nanopart´ıculas core-shell como sendo de 0,17. Este resultado, conjuntamente com os dados de TEM, permitiu concluir que o di ametro do caro¸co na nanopart´ıcula core-shell ´e de 13 nm. Este resultado ´e interessante tecnologicamente, pois sugere que, para se obter sucesso no recobrimento de nanopart´ıculas, seja necess´ario, ou ao menos importante, utilizar amostras com baixa dispers ao de di ametros.

O presente trabalho apresenta um anova proposta de tratamento de estruturas espirais em meios contínuos oscilatórios na vizinhança de bifurcações de Hopf supercríticas. Tais estruturas são normalmente descritas pela Equação de Cinzburg-Landau Complexa a qual usa um campo complexo associado a essas oscilações. A proposta apresentada reduz a dinâmica de espirais à interação entre os centros das mesmas. Inicialmente, comparamos numericamente as duas descrições e com os ganhos computacionais decorrentes da abordagem reduzida caracterizamos finamente as estruturas espaço-temporais formadas nesses sistemas: em vez dos estados congelados mencionados anteriormente na literatura encontrou-se uma dinâmica espaço-temporal intermitente. Esse regime ocorre em duas fases distintas: Líquido de Vórtices e Vidros de Vórtices. Esta última evolui em escalas de tempo ultralentas como fenômenos semelhantes encontrados na Mecânica Estatística, apesar de sua origem puramente determinista.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2016-12-06T16:20:59Z No. of bitstreams: 1 DIS_FELIPE_NORNBERG_SCHUCH_COMPLETO.pdf: 1906760 bytes, checksum: 0cbecd09eb2ec152ab66879b383df442 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-06T16:20:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIS_FELIPE_NORNBERG_SCHUCH_COMPLETO.pdf: 1906760 bytes, checksum: 0cbecd09eb2ec152ab66879b383df442 (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / The studies on transport mechanics and sediment deposition in bed slope channels has rapidly increased over the last decade, this is associated with the fact that they play a fundamental role on the formation of hydrocarbon reservoirs. This work aims to investigate, through direct numerical simulation, the plunge phenomena dynamics when a heavier density fluid, full of particles, flows into a lower density environment. Simulations were carried out with Incompact3d, a code based on a Boussinesq system for incompressible fluids was utilized. The channel?s entrance sediment concentration and flow rate influence on the plunge point and deposition profiles were investigated. Results are compared with theoretical models and physical experiments. / O estudo dos mecanismos de transporte e deposi??o dos sedimentos em canal ganhou destaque nas ?ltimas d?cadas, j? que antigos dep?sitos sedimentares no leito do mar formam importantes reservat?rios de hidrocarbonetos. A inten??o desta pesquisa ? investigar, atrav?s de simula??o num?rica direta, a din?mica do fen?meno de mergulho que ocorre quando um escoamento carregado de part?culas em suspens?o adentra em um ambiente de menor densidade. Para tanto, utiliza-se o c?digo computacional Incompact3d, baseado na solu??o da equa??o de Boussinesq para fluidos incompress?veis. ? investigada a influ?ncia da vaz?o e concentra??o de sedimentos na entrada do canal sobre o ponto de mergulho e perfis de deposi??o, e os resultados s?o comparados com modelos te?ricos e experimentos f?sicos.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-07T14:42:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseExperimentalVelocidade.pdf: 1919066 bytes, checksum: 0d5dd1e1237b2c18e98eb98a366fe46e (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-15T23:46:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseExperimentalVelocidade.pdf: 1919066 bytes, checksum: 0d5dd1e1237b2c18e98eb98a366fe46e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-15T23:46:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseExperimentalVelocidade.pdf: 1919066 bytes, checksum: 0d5dd1e1237b2c18e98eb98a366fe46e (MD5) Previous issue date: 2006 / A velocidade de transporte é um dos mais importantes parâmetros no transporte pneumático de sólidos. O êxito no transporte de materiais particulados depende da predição ou da determinação da velocidade mínima de transporte. Uma velocidade acima daquela necessária ao transporte estável das partículas sólidas conduz a um grande consumo de energia devido ao aumento na perda de pressão do sistema, degradação dos sólidos e abrasão dos sólidos e da tubulação. Já uma velocidade abaixo desse valor limite certamente resultará na deposição das partículas sólidas para o fundo da tubulação e conseqüentemente o entupimento desta. Neste trabalho, uma técnica para medir a velocidade mínima de captura de partículas sólidas em uma tubulação na direção horizontal em um sistema de Transporte Pneumático é desenvolvida. Ela baseia-se em observações visuais do comportamento das partículas ao ocorrer a captura, em medidas da velocidade de operação do gás e da massa das partículas capturadas. É realizada ainda a análise qualitativa de alguns parâmetros que influenciam na velocidade de captura das partículas, permitindo uma maior compreensão dos fenômenos envolvidos. / The transport velocity is one of the most important parameters in the pneumatic transport of solids. The success of the particulates materials conveying depends on the prediction or the determination of the minimum velocity of transport. The velocity above of that necessary to the steady transport of solid particles leads to a great energy consumption due to an increased pressure drop of the system, solids degradation and abrasion of solids and of the tube. On the other hand, a velocity below of this boundary-value certainly will result on the deposition of solid particles for bottom of the tube and its consequently blockage. In this work, a technique to measure the minimum pickup velocity of solid particles in horizontal pneumatic conveying has been developed. It is based on visual observation of the particles behavior when occurring the capture, on measures of the velocity of operation of the gas and the mass of captured particles. The qualitative analysis of some parameters is made still that influence in the pickup velocity of particles, allowing a bigger understanding of the involved phenomena.

O mercado de biorreatores com membranas (BRMs) têm exibido alto crescimento. Contudo, o fouling diminui o desempenho desses sistemas drasticamente. A aeração promove a mitigação do fouling, mas possui alto custo operacional (de até 70% do total da demanda energética) e é utilizada de forma otimizada apenas 10% das vezes, gerando a necessidade de estudos sobre a hidrodinâmica em BRMs. Ferramentas de dinâmica de fluidos computacional (CFD) são úteis para esse tipo de análise. Um dos primeiros passos para encontrar uma solução apropriada em simulações numéricas é propor uma modelagem correta. Dentre os fenômenos a serem modelados, os efeitos da turbulência são provavelmente um dos mais importantes; porém, nenhum artigo que comparasse predições com base na escolha de modelo de turbulência para simulações de sistemas BRM foi encontrado. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi verificar a importância da escolha do modelo de turbulência para simulações de biorreatores com membranas através de CFD. Para isso, as predições obtidas de velocidade local próxima às superfícies das membranas e de tensão cisalhante nessas superfícies para duas taxas de aeração, 5 e 15 m³/h, empregando dois modelos de turbulência, k-ϵ com funções de parede para alto (aR) e para baixo número de Reynolds (bR) e k-ω SST (Shear Stress Transport) com funções de parede automáticas, na análise de um sistema BRM foram comparadas entre si e com dados experimentais e simulados disponíveis na literatura. Os perfis temporais da velocidade e da tensão cisalhante exibiram alta variabilidade no período das oscilações em certos pontos, exigindo um longo tempo de escoamento para a convergência das variáveis locais. Identificou-se a necessidade de outorgar maior importância à definição do intervalo de tempo de coleta de dados experimentais, de modo a adquirir médias representativas do perfil dinâmico das variáveis e destes perfis serem também analisados para comparações mais definitivas entre resultados de simulações e medições experimentais. As diferenças, entre as medições experimentais da literatura e predições, obtidas pelas simulações deste trabalho foram, no geral, de ordem similar ou menores que as obtidas pelas simulações na literatura. Além disso, maior atenção deve ser dada à escolha da estratégia de modelagem de turbulência, visto que houve alta sensibilidade das predições, que variaram em até 21,6% dependendo dessa escolha. / Membrane bioreactors (MBR) market has been showing high growth rates over recent years. However, membrane fouling drastically reduces MBR overall performance. Aeration promotes fouling mitigation, but at a high operational cost (up to 70% of the MBR energy demand) and it is optimally employed only in 10% of the cases. This created the need of studies focused on MBR hydrodynamic. Computational fluid dynamics (CFD) is a useful tool for hydrodynamic analysis. One of the first steps in finding a proper solution for numerical simulation is proposing a correct modelling. Among the phenomena to be modelled for MBR simulations, turbulence effects are probably one of the most important; nevertheless, no paper comparing the predictions based on the turbulence model choice for MBR simulations was found. In sight of that, this work aimed to verify the relevance of the choice of turbulence model for MBR simulations through CFD. Predictions of local velocities near membranes surfaces and of local shear stress on those surfaces, for two aeration rates (5 and 15 m³/h), employing k-ϵ with wall functions for high (aR) and low (bR) Reynolds number and k-ω SST with automatic wall functions, on the analysis of a MRB system, were compared between each other and with experimental and simulated data available in the literature. The velocity and shear stress temporal profiles showed oscillations with highly variable periods in some points, which required a long process real time to verify the local variables convergence. It was identified the need to give more importance to the definition of the time interval for experimental data collection in order to acquire reliable temporal means; also, one must properly analyze the temporal profiles for more definitive comparisons between predictions and experimental measurements. The differences, between experimental data and predictions, obtained through this work simulations were, in general, of similar order or smaller than the ones reported in the literature. Besides, more attention must be given to the turbulence modelling choices, since the predictions obtained here were highly sensitive to those choices, showing differences up to 21,6% among them.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Mejora el sistema de bombeo de aguas ácidas en U.M. Julcani – Cia. de Minas Buenaventura. Para esto se diseña un sistema de bombeo conformado por tres (03) niveles, de los cuales el punto de captación se centraliza en el nivel intermedio (Nv 490) con una electrobomba sumergible que impulsa el agua hacia el nivel superior (Nv 420) que a través de una bomba sumergible descarga hacia la bocamina para que finalmente llegue a la planta de tratamiento. Se realiza el cálculo del sistema de bombeo en base a las nuevas condiciones de trabajo, obteniéndose los siguientes puntos de operación: Nivel 580 (Q = 40 Lt/s, ADT = 152 m), Nivel 490 (Q = 71.1 Lt/s, ADT = 86.5 m) y Nivel 420 (Q = 37.9 Lt/s, ADT = 73.6 m). Además se calcula el consumo energético del sistema de bombeo obteniéndose un ahorro de aprox. 129 HP. / Trabajo de suficiencia profesional