O presente trabalho tem como objetivo uma avaliação qualitativa das transformações metalúrgicas sofridas pelos aços ferríticos de baixa liga T/P23 e T/P24, quando soldados com diferentes energias de soldagem, temperaturas de preaquecimento e espessuras de metal base. Foi utilizado um modelo baseado em equações de transporte de calor, que aplica a técnica numérica de volumes finitos com implementação computacional em linguagem de programação FORTRAN. Foi enfocada neste estudo a simulação numérica dos efeitos da variação da energia de soldagem, da espessura e da temperatura de preaquecimento do metal base sobre a curva de resfriamento durante a transformação sob resfriamento contínuo dos aços citados. Foi simulada uma condição em que um cordão de solda foi depositado sobre placas dos aços estudados através do processo GMAW (Gas Metal Arc Welding). O modelo de fonte de energia baseado na distribuição duplo-elipsóide de fluxo de calor de Goldak et al. foi utilizado, a fim de se obter uma boa aproximação da penetração e da taxa de resfriamento da solda. Os resultados obtidos confirmaram qualitativamente aqueles apresentados pela literatura. / The aim of this work is to evaluate qualitatively the metallurgical transformations during the welding of the low alloy ferritic steels T/P23 e T/P24 when welded with different welding energy, preheat temperatures and base metal thickness. It was used a model based at heat transfer equation that apply the finite volume numerical method and implemented in a computational code in FORTRAN programming language. It was aimed at this work the numerical simulation of the effects of the energy change, base metal thickness and preheating temperature on the cooling curve during continuous cooling transformation of these steels. It was simulated a situation where a single weld fillet was deposited on plates of the investigated steels by the GMAW process. A heat source model based on Goldak`s double-ellipsoid power density distribution was utilized in order to get a good approximation of the weld penetration and cooling rate. The results obtained had a good qualitative agreement with the literature.

A pasteurização é um processo térmico de tratamento de alimentos, sendo amplamente difundido na indústria de bebidas. É ela que provê ao produto sua durabilidade dentro dos padrões adequados ao consumo humano. Suas ações também têm impacto direto nas propriedades organolépticas e estabilidade química do produto. Os produtos geralmente são pasteurizados em equipamentos de grandes dimensões, chamados de túneis pasteurizadores. Nestes equipamentos, os alimentos são pasteurizados no sistema in-package, ou seja, já envasados, de forma a eliminar os microorganismos presentes também no vasilhame. Este trabalho tem por objetivo a investigação dos fenômenos de transferência de calor que ocorrem na pasteurização de cerveja engarrafada bem como a elaboração de um modelo analítico visando permitir um controle do processo térmico. Para a obtenção dos valores dos coeficientes de troca térmica global foi projetada e construída uma bancada de testes que permite recriar as mesmas condições existentes nas máquinas reais. Com esta bancada são obtidos resultados que permitem analisar os coeficientes globais de transferência de calor e estudadas suas relações com a massa e geometria do vasilhame em estudo. Estes coeficientes alimentam um modelo analítico proposto que possa ser facilmente implementado de forma a consolidar o sistema de controle do processo de pasteurização. Os coeficientes obtidos atingem uma boa confiabilidade do modelo para este caso em estudo além de permitir um conhecimento mais profundo sobre o processo térmico e seu comportamento fluidodinâmico. De forma a consolidar o pressente trabalho, simulações numéricas são realizadas para permitir a uma visualização mais clara das características de processo através os campos de temperatura e velocidade, para comprovação das observações efetuadas nos estudos experimentais. O modelo proposto de transferência de calor para o controle do processo, com seus coeficientes, juntamente com o equacionamento da intensidade de pasteurização, permitiram a construção de uma máquina onde os resultados deste estudo são utilizados, atingindo uma eficiência de processo da ordem de 95%, suficiente para a consolidação da solução junto ao mercado. / Pasteurization is one of the most important processes applied in drinking industry. It is the process that provides the product the needed durability in order to ensure a secure consumption for human beings. The effects of pasteurization also affect the organoleptic properties of the products and its chemical stability. The products are pasteurized in large equipments called tunnel pasteurizers, and the process is also called in-package pasteurization. That means that the product is processed already bottled, in order to eliminate the microorganisms that may be present in the bottle. This work has the purpose to investigate the physical phenomena’s that occurs during beer pasteurization, and to elaborate an analytical model that describes the thermal problem. In order to acquire the global heat transfer coefficients, as the analysis of the thermal resistances involved, it is designed and constructed an analysis machine that creates all the conditions that can be found in real machines. With this analysis machine, it is obtained the results of the global heat transfer coefficients, and it relations with the mass and the geometry aspect ratio of the bottle. The coefficients will be implemented in the model proposed in order to allow the creation of a pasteurization control system that can be programmed for a real machine, today not featured in the machines offered in the Brazilian market The obtained coefficients ensures a good reliability of the model for this special purpose as also allows a depth knowledge of the thermal and fluid-dynamic process, for future studies that can be developed in the area. For the consolidation of the proposed model, investigations are performed using numerical methods for a complete observation of the most important features that has influence in the process. This work enabled the construction of a real machine with pasteurization process control, using the model together with the obtained heat transfer coefficients. Some results of measures made at this machine are presented, showing that it can ensure a efficiency of 95%. This result turns to be good enough in order to approve the machine for operations in the domestic market.

O objetivo deste trabalho consiste na obtenção de uma solução analítica para a equação cinética de difusão de nêutrons unidimensional e em geometria cartesiana, para problemas monoenergéticos e com multigrupos de energia. Essas equações são do tipo stiff, devido as amplas diferenças nas ordens de grandeza das escalas de tempo dos fenômenos físicos envolvidos, fato que as torna de difícil solução. A ideia básica do método proposto consiste na aplicação da expansão espectral do fluxo escalar espacial e da concentração de precursores, aplicação de momentos e solução de problema matricial resultante pela técnica da transformada de Laplace. Tendo em vista que a equação para a concentração de precursores é uma equação diferencial linear de primeira ordem na variável temporal, para tornar possível a aplicação do método espectral, foi introduzido um termo de difusão fictícia multiplicado por um valor " pequeno e positivo. Por esse procedimento, foi possível encontrar uma solução analítica para o problema estudado. Foram realizadas simulações numéricas e análise dos resultados obtidos com a precisão controlada pela ordem de truncamento da série. / The objective of this work is to obtain an analytical solution of the neutron diffusion kinetic equation in one-dimensional cartesian geometry, to monoenergetic and multigroup problems. These equations are of the type stiff, due to large differences in the orders of magnitude of the time scales of the physical phenomena involved, which make them difficult to solve. The basic idea of the proposed method is applying the spectral expansion in the scalar flux and in the precursor concentration, taking moments and solving the resulting matrix problem by the Laplace transform technique. Bearing in mind that the equation for the precursor concentration is a first order linear differential equation in the time variable, to enable the application of the spectral method we introduce actitious difusion term multiplied by a positive value which tends to zero. This procedure opened the possibility to and an analytical solution to the problem studied. We report numerical simulations and analysis of the results obtained with the precision controlled by the truncation order of the series.

As estruturas sanduíche são formadas por duas faces externas (geralmente feitas com fibra sintética e resina) e um núcleo no meio. Estas estruturas possuem elevada rigidez em flexão, resistência ao cisalhamento e à compressão, e um peso muito baixo. São muitas vezes produzidos por moldagem líquida, como a infusão. Neste trabalho, foi utilizada resina éster‑vinílica, manta e tecido de fibra de vidro e núcleos de PET e PVC, para obter estruturas sanduíche pelo processo de RTM Light. O principal objetivo desta tese é validar a utilização desse processo para a fabricação dessas estruturas utilizando combinações dos núcleos e da manta ou tecido nas faces. Buscou‑se também estudar numericamente, utilizando o software OpenFOAM, o processo de RTM Light para estruturas sanduíches, sobre o qual há pouco estudo na literatura. A resina éster‑vinílica apresentou propriedades adequadas para utilização nestes compósitos, como viscosidade intermediária e tempo de cura apropriado para o processo de RTM Light, sendo que sua pós‑cura teve um efeito importante nas propriedades finais dos compósitos. Os dois núcleos demonstraram propriedades similares, como resistência à compressão transversal e longitudinal, mas o PVC apresentou uma resistência ao cisalhamento superior ao PET. Quanto ao tipo de reforço, também foram obtidos resultados similares, mas o tecido apresentou uma maior resistência à flexão que a manta. A simulação numérica do processo possibilitou prever o comportamento da resina dentro do molde de tal maneira a identificar padrões de preenchimento, bem como regiões mais propícias à formação de vazios. Sendo, portanto, uma ferramenta importante na construção de moldes, definição dos parâmetros de processo e na escolha das matérias‑primas. / The sandwich structures are comprised of two external faces (usually made of synthetic fiber and resin) and a core in between. These structures have high stiffness in bending, shear and compression strength, with a very low weight. They are often produced by liquid molding, such as infusion. In this work, vynil‑ester resin, glass mats and cloths and PET and PVC cores were used to obtain sandwich structures by Light RTM process. The main objective of this thesis is to validate the use of this process for the manufacture of these structures produced with a combination of cores and mats/clothes on the faces. The study was also based on a numerical study of the RTM Light process using the OpenFOAM software, for sandwiches structures, about which very little is available in the literature. The vinyl ester resin showed suitable properties for use in these composites, such as intermediate viscosity and adequate curing time for the Light RTM process, and its post‑cure had an important effect on the final properties of the composites. Both cores showed similar properties, such as resistance the transverse and longitudinal compression, but PVC showed greater shear strength than PET. The two types of reinforcement also produced similar results, but the use of cloths increased flexural strength. Numerical simulation of the process enabled prediction of the behavior of the resin inside the mold in a way to identify the filling pattern, as well as regions more prone to void formation. Thus, being an important tool for mold construction, definition of process parameters and the selection of raw materials.

Tubos de aço inoxidável duplex (AID) são utilizados na indústria petroquímica para transporte de óleo e gás em ambientes agressivos e em condições de corrosão sob tensão. O processo de soldagem destes tubos impõem grandes dificuldades, como longos períodos de soldagem e formação de intermetálicos devido a baixas taxas de resfriamento. Visando investigar alternativas para este processo, o Laboratório de Metalurgia Física (LAMEF) desenvolveu um equipamento (MASF 1500) capaz de realizar o processo de Soldagem de Tubos por Atrito com Anel Rotativo (STAAR). Este processo é mais rápido e não prejudica as propriedades mecânicas como a soldagem convencional, porém apresenta o viés da formação de rebarbas no tubo que precisam ser removidas para transporte de fluidos. Para investigar a formação de rebarba, os campos de deformação e a distribuição térmica na peça, um modelo utilizando o método dos elementos finitos (MEF) foi desenvolvido a partir de resultados experimentais. O modelo termomecânico desenvolvido com o software ABAQUS se baseia apenas nos parâmetros de entrada do equipamento, e se mostrou capaz de reproduzir os resultados de soldagem de força e deslocamento com erros abaixo 15% e 4% respectivamente. A formação de rebarba interna dos tubos foi calculada com erros abaixo de 5% e as distribuições de temperatura e deformação plástica foram analisadas. Considerando que a formação de fases intermetálicas é um dos principais problemas na soldagem convencional dos AID, as temperaturas calculadas com o modelo foram utilizadas para estimar a formação de fase sigma no tubo, tendo valores calculados abaixo de 1%. / Duplex stainless steel pipes are used in oil and gas transport while in aggressive environment and stress corrosion cracking conditions. The common welding process of these pipes is difficult due to long welding periods and intermetallic phase formation by slow cooling rate. As an alternative for this process, the Physical Metallurgy Laboratory (LAMEF) at UFRGS University developed a machine (MASF 1500) capable of performing tube friction welding with a rotary ring process (STAAR – Soldagem de Tubos por Atrito com Anel Rotativo). This process is faster and does not diminish original mechanical properties of the component, however the process presents flash formation which must be removed for fluid transportation. To investigate flash formation, strain fields and thermal fields in the welded samples, a FEM model was developed based on experimental results. The thermo-mechanical model developed in ABAQUS environment is solely based in process input parameters, showing results of force and displacement with errors smaller than 15% and 4% respectively. The internal flash formation calculation showed less than 5% error and the thermal distribution and plastic deformation were analyzed. Considering that intermetallic phases are one of the biggest concerns on duplex stainless steel arc welds, sigma phase formation was calculated from model’s thermal output, showing less than 1% sigma formation.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:37:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo3800_1.pdf: 4414717 bytes, checksum: 11454db883dff68f42adec301c0c09da (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / Os sistemas de aquecimento solar de água têm sido bastante utilizados para uso doméstico em residências, visto que, seu uso reduz custos de aquecimento de água e ainda é uma fonte renovável de energia. Todo coletor solar precisa ser caracterizado através de uma equação de desempenho. Para tal, deve ser analisado, numérica ou experimentalmente para que seja obtida sua curva característica de eficiência em função da temperatura de entrada e da radiação solar incidente no coletor. Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta para simulação numérica de sistemas de aquecimento de água utilizando energia solar, baseado nos modelos apresentados na literatura. A metodologia para simulação apresentada neste trabalho permite calcular a radiação solar total incidente no coletor, levando em consideração as características da cobertura, a simulação do desempenho do coletor. O modelo matemático é composto das equações de balanço de energia para o coletor e equações complementares, como a equação da lei de resfriamento de Newton, as correlações para os coeficientes de convecção, e uma equação para o cálculo da vazão baseado na circulação natural devido ao efeito termo-sifão. A solução do sistema de equações foi obtida através do método de Newton-Raphson para funções de várias variáveis. O modelo do coletor foi validado com dados da literatura. Pelos resultados obtidos, pode-se observar que este se constitui numa ferramenta muito interessante na simulação de sistemas de aquecimento solar que utilizam coletores solares do tipo placa plana

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:39:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7537_1.pdf: 2403594 bytes, checksum: 10fe74996e040cc542ba4f726c854a88 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Este trabalho tem como objetivo apresentar um modelo computacional para um forno de aquecimento de tarugos. O modelo permitiu a variação das condições operacionais da chama e consequentemente o perfil de aquecimento das peças. O modelo foi elaborado utilizando o método dos volumes finitos para um sistema tridimensional, transiente e móvel. O forno objeto desse estudo tem capacidade de 60 toneladas, funciona em regime contínuo e utiliza gás natural no processo de combustão. O modelo calcula a distribuição de temperatura da carga e da chama de forma acoplada. Os resultados apresentados auxiliaram na validação e ajuste às condições reais de operação. Foram realizados vários estudos paramétricos a fim de investigar a influência das variáveis na operação do forno

Apresentar um modelo para simular um sistema de armazenamento de calor no solo em estufas para plasticultura é o objetivo do presente trabalho. O sistema consiste num feixe de tubos enterrados no solo. A convecção forçada de ar no seu interior realiza a troca térmica necessária para manter as estufas sob faixas desejadas de temperatura. O objetivo do modelo é investigar os efeitos no calor armazenado e a influência das variáveis, tais como diâmetro, comprimento, espaçamento entre os tubos e a velocidade de ar no canal provocam no sistema. O solo é tratado como um meio difusivo e avalia-se a contribuição do termo de condensação e evaporação da água contida no ar em escoamento nos tubos. A equação da energia é resolvida para o solo e para o ar. Os tubos de seção transversal circular são modelados como tubos de seção transversal quadrada com o objetivo de que as simulações possam ser processadas em coordenadas cartesianas. O programa resolve situações tridimensionais, transientes e emprega o Método dos Volumes Finitos para integrar as equações diferenciais governantes. O modelo original é baseado no modelo de Gauthier et al., 1997, tendo sido os resultados do mesmo foram usados para a validação do presente estudo. Um circuito de água quente é também projetado e apresentado para o aquecimento das estufas. A água circula através de mangueiras sobre o solo e é aquecida por um sistema de queimadores a gás liqüefeito de petróleo ou óleo combustível, transferindo assim calor para o interior da mesma. O projeto de aquecimento foi realizado através de um programa de parceria entre a Ufrgs, Sebrae, Fapergs e a Agropecuária Clarice.

Cada vez mais as siderúrgicas focadas na produção de aços especiais fazem uso de dispositivos eletromagnéticos que agem de forma benéfica no escoamento do aço no interior do molde e também nas trocas térmicas entre o aço líquido e o molde de cobre. Porém, o uso desses dispositivos pode acarretar perturbações indesejáveis na região de interface entre o metal e a camada protetora de escória no topo do molde. Essas perturbações na interface podem proporcionar arraste e emulsificação de escória. O aprisionamento de escória no molde pode dar origem a problemas como defeitos superficiais e internos nos tarugos solidificados. Baseado em práticas correntes nas plantas siderúrgicas este trabalho pretende verificar as condições que propiciam o arraste de escória na região superior do molde, nos casos em que se aplica agitação eletromagnética. Este estudo foi realizado em duas etapas, sendo que a primeira etapa destina-se o estudo e desenvolvimento de um modelo, fazendo uso de uma ferramenta numérica, que represente o funcionamento de agitadores eletromagnéticos usados na siderurgia. Dando seqüência ao estudo, foi então desenvolvido um modelo fluidodinâmico do molde do lingotamento contínuo, dando enfoque ao comportamento da interface metal – escória. O efeito do agitador sob o escoamento foi acoplado ao modelo fluidodinâmico, através de resultados do modelo eletromagnético calculados no modelo anterior. O objetivo desta etapa do trabalho é estudar as características de deformação do menisco e tentar avaliar a ocorrência de arraste de escória quando da variação de alguns parâmetros, como por exemplo, intensidade de agitação e espessura de camada líquida de escória. Foram analisados escoamentos em moldes circulares com duas diferentes de seções transversais. Nestes escoamentos foram testadas três intensidades de agitação eletromagnéticas para cada um deles. Outro parâmetro testado foi a espessura da camada de escória no menisco. Este estudo demonstrou que a agitação eletromagnética excessiva pode acarretar arraste de escória, como indicado na literatura. Foi possível também verificar o tipo de deformação que ocorre na interface e as características que podem proporcionar circunstâncias críticas para o arraste. Além da intensidade de agitação, os resultados também sugerem que, quanto menor profundidade de submersão da válvula, maior a probabilidade de ocorrência de arraste. / Each time more the steelmaking plants, focused on the special steels productions, have used electromagnetic devices which act well not only on the steel flow inside the mold but also on the thermal changes between the liquid steel and the copper mold. However, the use of these devices may cause undesirable instability in the interface steel – slag in the top of the mold. These instabilities in the interface may cause entrapment and emulsification of the slag. The entrapment of the slag in the mold may originate problems like superficial and internal defects in the solidified billet. Based on current practices in the steelmaking plants, this paper aims to verify the conditions that promote the slag entrapment in the upper region of the mold, in the cases in which the electromagnetic stirring is applied. This study was developed in two stages. The first stage aimed to study and to construct a numerical model which represents the electromagnetic stirrer work. As a sequence of the study, a fluid-dynamic model to the flow in the continuous casting mold was developed, with focus on the behavior of the steel – slag interface. The electromagnetic stirrer effects, under the steel flow in the mold, were coupled with the fluid-dynamic model, through the electromagnetic model results, previously calculated. The aim of this work is to verify the possibilities of slag entrapment occurrence when there is variation of the parameters like the electric current intensity (electromagnetic stirring), slag thickness, slag viscosity and submersion nozzle depth. In this work the fluid flow was analyzed in a circular mold with two different sections (180mm and 230mm). Each section mold was tested with a type of mold powder. In this flow three different stirrer intensities were tested. This study shows that the excessive electromagnetic stirring may cause slag entrapment, as indicated in the literature. It was also possible to verify the kind of deformation that happens on the steel-slag interface, and the characteristics that bring critical circumstances to the slag entrapment. Besides the stirring intensity, the results also suggest that the smaller the submersion nozzle depth the greater the probability of the slag entrapment occurrence.

Nesse trabalho é apresentada uma solução analítica para a equação de transporte bidimensional em um domínio retangular considerando o espalhamento Compton, utilizando o método LTSN e a aproximação PN na variável angular. Esse procedimento leva a uma formulação para a taxa de dose total devido µa radiação gama. Nessa derivação, a energia depositada pelo elétron livre é considerada. Para alcançarmos esse objetivo dois problemas são resolvidos: o primeiro para o transporte de fótons, assumindo como seção de choque diferencial o núcleo de espalhamento de Klein-Nishina bem como modelo multigrupo em energia; e o segundo para o transporte de elétrons livres, considerando a seção de choque de espalhamento diferencial de Rutherford. Simulações numéricas e validações com os resultados obtidos pelo método de Monte Carlo são apresentadas para ambos os problemas. / In this work we present the analytical solution for the two-dimensional transport equation in a rectangle considering Compton scattering, using the LTSN method and the PN approach for the angular variable. This procedure leads to a formulation for the total dosis due the gamma radiation. In this derivation, the energy deposited by the free electron is taken into account. To reach this objective we solve two model problems: the ¯rst one for the transport of photons, assuming the Klein-Nishina scattering kernel as the scattering di®erential cross section as well as the multigroup model in the energy variable; and the second one the transport of free electrons considering the screened Rutherford scattering kernel. Numerical simulations and validations with Monte Carlo results are reported for both problems.