Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Mecânica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Eduardo de Oliveira Fernandes

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Mecânica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Eduardo de Oliveira Fernandes

En el presente trabajo se estudia el método denominado powder-in-tube(PIT), para la elaboración y fabricación de cintas y cables superconductores; empleando matrices en forma de tubitos de plata (Ag) peruana conteniendo el compuesto superconductor diboruro de magnesio(MgB2) y tratado térmicamente a diferentes temperaturas. En la primera fase, se caracterizó la composición de las matrices de Ag peruana, elaboradas artesanalmente, empleando la técnica de Fluorescencia de Rayos X (FRX), obteniendo una pureza de 63,8% de Ag y un 36,2% compuesto de Fe, Cu y Zn. Asimismo, se caracterizó el compuesto MgB2, adquirido a la compañía americana Alfa Aesar, empleando técnicas de Difracción de Rayos X (DRX) con refinamiento Rietveld y Espectroscopía Raman. Los resultados de DRX muestran como única fase al MgB2 con PDF174−0972, mediante el refinamiento Rietveld se corroboró la pureza de 99% indicado en la ficha técnica de Alpha Aesar, el espectro Raman mostró la presencia del modo E2g a la frecuencia de588 cm−1 y el pico de densidad de estados de fonones (PDOS) a la frecuencia de 740cm−1. Luego se realizó el acondicionamiento de las muestras por el esquema PIT para realizar los tratamientos térmicos a 800,850 y900◦C. Luego se cortó la matriz de manera longitudinal para remover el núcleo superconductor y sea analizado por DRX, Microscopía Electrónica de Barrido(MEB)y Espectroscopía Raman, para analizar si la Ag había contaminado al MgB2 o si alguna de las propiedades del MgB2 habían sido afectadas. De los resultados de DRX en los tres tratamientos térmicos la fase principal resultó ser el MgB2,en el tratamiento de 800◦C se obtuvo como fase secundaria al óxido de magnesio (MgO) con PDF79−612, para el tratamiento a 850◦C se obtuvo como fases secundarias al MgO y al tetraboruro de magnesio (MgB4) con PDF73−1014 y para el tratamiento a 900◦C resultó como fase secundaria el MgO, además se realizó la estimación del tamaño medio de los cristalitos resultando 262.81, 254.68 y 406.79 nm respectivamente. De los análisis por MEB se mostró la conectividad que van adquiriendo los granos conforme se incrementa la temperatura, es decir, se puede observar la formación de aglomerados; además para el tratamiento a 800◦C se estimó el tamaño medio de partícula 125,2±4 µm. De los análisis de espectroscopía Raman se identificó para las tres temperaturas el modoE2 g (modo activo Raman del MgB2) a las frecuencias de 600cm−1, 610cm−1 y 608cm−1 respectivamente. La matriz de Ag fue analizada mediante Microscopía Electrónica de Barrido de Emisión de Campo (FE-SEM siglas en ingles), mostrando para las tres temperaturas que no ha sucesido ningún proceso de difusión del MgB2 en la Ag y que únicamente la matriz cumplió el papel de contenedor. / Tesis

A estabilidade térmica da bentonita (rocha composta pelo argilomineral montmorilonita, do grupo da esmectita) é de particular interesse no uso de barreira de contenção para rejeitos radioativos de alto nível. No entanto, muito pouco se sabe sobre a estabilidade da argila esmectita sob condições de altas pressões e altas temperaturas (APAT). O objetivo deste trabalho foi investigar a estabilidade estrutural da esmectita sob condições de APAT. Os experimentos foram realizados em câmaras toroidais (CT) com pressões até 7,7 GPa e temperaturas de 1000°C. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX) após seu processamento. Além disso, uma amostra do material original foi submetida a pressões até 12 GPa em uma câmara de bigornas de diamante (DAC) e caracterizada in situ por espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourrier (FTIR). A amostra de bentonita (antes dos processamentos) constituída por montmorilonita dioctaédrica cálcica e, secundariamente, uma pequena fração de quartzo, foi caracterizada por FTIR, DRX, fluorescência de raios X (FRX), microscópio eletrônico de varredura (MEV), análise de área superficial, análise termogravimétrica (TGA) e análise por termodiferencial (ATD). Nos experimentos processados usando a DAC com pressões até 12 GPa, a análise de FTIR in situ mostrou que a estrutura da esmectita é estável com deformação reversível na ligação Si-O e que a esmectita não perde água. Em experimentos processados em CT a pressão de 7,7 GPa e temperatura de 250°C, durante 3,5 h, as análises de DRX e FTIR mostraram que a esmectita não se alterou após o processamento, manteve-se dioctaédrica, e que a não perdeu água. Em 7,7 GPa e temperatura de 1000°C, durante 3,5 h, as análises de DRX e MEV mostraram que a bentonita transformou-se nos minerais: Coesita, Quartzo, Cianita e Piropo. / The thermal stability of bentonite is of particular interest for containment barrier in nuclear waste disposal facilities. However, very little is known about the stability of smectite (principal component of bentonite) under high-pressure and high-temperature conditions (HPHT). The objective of this work was to investigate the stability of the smectite structure under HP-HT conditions. The HP-HT experiments were performed on toroidal chambers (TC) with pressure up 7.7 GPa and temperatures of 1000°C. The samples were characterized by X-ray diffraction after the HP-HT processing. Furthermore, one sample from the original material was analyzed using Fourier transformed infra-red (FTIR) in situ measurements on a diamond anvil cell (DAC) in experiments up to 12 GPa. The original sample of bentonite, calcium dioctahedral montmorillonite with small fraction of quartz, was characterized by FTIR, XRD, X-ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM), surface area, thermogravimetric analysis (TGA) and differential thermal analysis (DTA). In the experiment performed using the DAC up to 12 GPa, the FTIR in situ measurements analysis showed that the smectite structure is stable with a reversible deformation in the Si-O bond and that the smectite did not loose water. Experiments performed in TC at 7.7 GPa of pressure and 250ºC of temperature, during 3.5 h showed, after analysis by XRD and FTIR, that the smectite structure is stable and did not loose water. Experiments performed in TC at 7.7 GPa of pressure and 1000ºC of temperature, during 3.5 h showed, after analysis by XRD and SEM, the transformation of bentonite to the mineral assemblage: Coesite, Quartz, Kyanite and Pyrope.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T03:16:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 190910.pdf: 1155553 bytes, checksum: cb19e3a57cc95bf557f558e890c5ca9f (MD5) / Este trabalho analisa teórica e experimentalmente a condutância/resistência térmica de contato em baixas pressões de contato. Vários pesquisadores da área apresentam estudos comparativos entre os modelos existentes e dados experimentais nos quais os modelos subestimam os experimentos em baixas pressões de contado. Esses pesquisadores têm proposto explicações qualitativas para este inesperado fenômeno como sendo devido a dilatações térmicas diferenciais das amostras testadas, no entanto nenhum modelo capaz de prever quantitativamente o fenômeno foi proposto. Neste trabalho, são apresentadas fortes evidências de que o inesperado fenômeno da condutância/resistência de contato a baixas pressões é devido ao truncamento das rugosidades que compõem as superfícies. Os modelos até então disponíveis assumem que as alturas das rugosidades das superfícies reais apresentam distribuição Gaussiana. Este trabalho propõe um novo modelo geométrico para a rugosidade da superfície, no qual a distribuição de alturas das rugosidades é na verdade Gaussiana Truncada. Segundo este modelo, as superfícies reais não apresentam rugosidades mais altas que um determinado valor, chamado de nível de truncamento da distribuição de alturas das rugosidades. Como decorrência de as rugosidades mais altas serem mais curtas que o previsto pela teoria atual, os modelos teóricos disponíveis subestimam a condutância térmica de contato a baixas pressões de contato. O novo modelo teórico de condutância térmica de contato desenvolvido neste trabalho é então comparado com dados experimentais coletados por outro pesquisador da área, bem como com novos dados experimentais coletados durante este estudo. A comparação entre o novo modelo, chamado Gaussiano Truncado e os dados experimentais é muito boa, com o novo modelo prevendo a condutância de contato muito bem em toda faixa de teste da pressão de contato. O modelo Gaussiano Truncado de condutância térmica de contato necessita de um parâmetro a mais de rugosidade que os outros modelos até então existentes, que é o nível de truncamento da distribuição de alturas. Infelizmente, os atuais padrões e equipamentos disponíveis para medição de rugosidade superficial não são capazes de medir este novo parâmetro com a precisão necessária. A maneira mais rápida e precisa de se obter informação a respeito deste novo aspecto da geometria superficial é por meio de experimentos de condutância térmica de contato em baixas pressões de contato. Neste trabalho, amostras de Aço Inox AISI 304 e Níquel 200 com superfícies planas e jateadas por esferas de vidro e com três níveis de rugosidade para cada metal foram testadas. Os níveis de truncamento para superfícies com essas características são medidos e apresentados. Os resultados mostram que o nível de truncamento em geral diminuiu com o aumento da rugosidade das amostras, e que o Ni 200 apresenta níveis de truncamento maiores que o Aço Inox AISI 304.

A estabilidade térmica da bentonita (rocha composta pelo argilomineral montmorilonita, do grupo da esmectita) é de particular interesse no uso de barreira de contenção para rejeitos radioativos de alto nível. No entanto, muito pouco se sabe sobre a estabilidade da argila esmectita sob condições de altas pressões e altas temperaturas (APAT). O objetivo deste trabalho foi investigar a estabilidade estrutural da esmectita sob condições de APAT. Os experimentos foram realizados em câmaras toroidais (CT) com pressões até 7,7 GPa e temperaturas de 1000°C. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX) após seu processamento. Além disso, uma amostra do material original foi submetida a pressões até 12 GPa em uma câmara de bigornas de diamante (DAC) e caracterizada in situ por espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourrier (FTIR). A amostra de bentonita (antes dos processamentos) constituída por montmorilonita dioctaédrica cálcica e, secundariamente, uma pequena fração de quartzo, foi caracterizada por FTIR, DRX, fluorescência de raios X (FRX), microscópio eletrônico de varredura (MEV), análise de área superficial, análise termogravimétrica (TGA) e análise por termodiferencial (ATD). Nos experimentos processados usando a DAC com pressões até 12 GPa, a análise de FTIR in situ mostrou que a estrutura da esmectita é estável com deformação reversível na ligação Si-O e que a esmectita não perde água. Em experimentos processados em CT a pressão de 7,7 GPa e temperatura de 250°C, durante 3,5 h, as análises de DRX e FTIR mostraram que a esmectita não se alterou após o processamento, manteve-se dioctaédrica, e que a não perdeu água. Em 7,7 GPa e temperatura de 1000°C, durante 3,5 h, as análises de DRX e MEV mostraram que a bentonita transformou-se nos minerais: Coesita, Quartzo, Cianita e Piropo. / The thermal stability of bentonite is of particular interest for containment barrier in nuclear waste disposal facilities. However, very little is known about the stability of smectite (principal component of bentonite) under high-pressure and high-temperature conditions (HPHT). The objective of this work was to investigate the stability of the smectite structure under HP-HT conditions. The HP-HT experiments were performed on toroidal chambers (TC) with pressure up 7.7 GPa and temperatures of 1000°C. The samples were characterized by X-ray diffraction after the HP-HT processing. Furthermore, one sample from the original material was analyzed using Fourier transformed infra-red (FTIR) in situ measurements on a diamond anvil cell (DAC) in experiments up to 12 GPa. The original sample of bentonite, calcium dioctahedral montmorillonite with small fraction of quartz, was characterized by FTIR, XRD, X-ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM), surface area, thermogravimetric analysis (TGA) and differential thermal analysis (DTA). In the experiment performed using the DAC up to 12 GPa, the FTIR in situ measurements analysis showed that the smectite structure is stable with a reversible deformation in the Si-O bond and that the smectite did not loose water. Experiments performed in TC at 7.7 GPa of pressure and 250ºC of temperature, during 3.5 h showed, after analysis by XRD and FTIR, that the smectite structure is stable and did not loose water. Experiments performed in TC at 7.7 GPa of pressure and 1000ºC of temperature, during 3.5 h showed, after analysis by XRD and SEM, the transformation of bentonite to the mineral assemblage: Coesite, Quartz, Kyanite and Pyrope.

A estabilidade térmica da bentonita (rocha composta pelo argilomineral montmorilonita, do grupo da esmectita) é de particular interesse no uso de barreira de contenção para rejeitos radioativos de alto nível. No entanto, muito pouco se sabe sobre a estabilidade da argila esmectita sob condições de altas pressões e altas temperaturas (APAT). O objetivo deste trabalho foi investigar a estabilidade estrutural da esmectita sob condições de APAT. Os experimentos foram realizados em câmaras toroidais (CT) com pressões até 7,7 GPa e temperaturas de 1000°C. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX) após seu processamento. Além disso, uma amostra do material original foi submetida a pressões até 12 GPa em uma câmara de bigornas de diamante (DAC) e caracterizada in situ por espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourrier (FTIR). A amostra de bentonita (antes dos processamentos) constituída por montmorilonita dioctaédrica cálcica e, secundariamente, uma pequena fração de quartzo, foi caracterizada por FTIR, DRX, fluorescência de raios X (FRX), microscópio eletrônico de varredura (MEV), análise de área superficial, análise termogravimétrica (TGA) e análise por termodiferencial (ATD). Nos experimentos processados usando a DAC com pressões até 12 GPa, a análise de FTIR in situ mostrou que a estrutura da esmectita é estável com deformação reversível na ligação Si-O e que a esmectita não perde água. Em experimentos processados em CT a pressão de 7,7 GPa e temperatura de 250°C, durante 3,5 h, as análises de DRX e FTIR mostraram que a esmectita não se alterou após o processamento, manteve-se dioctaédrica, e que a não perdeu água. Em 7,7 GPa e temperatura de 1000°C, durante 3,5 h, as análises de DRX e MEV mostraram que a bentonita transformou-se nos minerais: Coesita, Quartzo, Cianita e Piropo. / The thermal stability of bentonite is of particular interest for containment barrier in nuclear waste disposal facilities. However, very little is known about the stability of smectite (principal component of bentonite) under high-pressure and high-temperature conditions (HPHT). The objective of this work was to investigate the stability of the smectite structure under HP-HT conditions. The HP-HT experiments were performed on toroidal chambers (TC) with pressure up 7.7 GPa and temperatures of 1000°C. The samples were characterized by X-ray diffraction after the HP-HT processing. Furthermore, one sample from the original material was analyzed using Fourier transformed infra-red (FTIR) in situ measurements on a diamond anvil cell (DAC) in experiments up to 12 GPa. The original sample of bentonite, calcium dioctahedral montmorillonite with small fraction of quartz, was characterized by FTIR, XRD, X-ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM), surface area, thermogravimetric analysis (TGA) and differential thermal analysis (DTA). In the experiment performed using the DAC up to 12 GPa, the FTIR in situ measurements analysis showed that the smectite structure is stable with a reversible deformation in the Si-O bond and that the smectite did not loose water. Experiments performed in TC at 7.7 GPa of pressure and 250ºC of temperature, during 3.5 h showed, after analysis by XRD and FTIR, that the smectite structure is stable and did not loose water. Experiments performed in TC at 7.7 GPa of pressure and 1000ºC of temperature, during 3.5 h showed, after analysis by XRD and SEM, the transformation of bentonite to the mineral assemblage: Coesite, Quartz, Kyanite and Pyrope.

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T10:14:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_MonicaMaria_D.pdf: 22839253 bytes, checksum: 5b75fb19dab247e8a385951f35109af4 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Pesquisa em armazenamento térmico na forma de calor latente em sistemas com e sem aletas é bastante avançada e muito intensa. A presente pesquisa visa investigar o comportamento térmico e os efeitos dos parâmetros geométricos e operacionais no desempenho de um armazenador de calor latente de geometria cilíndrica anular de aletas alternadas. O modelo matemático é baseado na formulação bidimensional do problema de condução com mudança de fase onde as temperaturas de entrada dos dois fluidos interno e externo são mantidas constantes. A solução numérica é obtida usando o método de volume de controle finito e o esquema ADI. O acoplamento deste problema com os fluidos de trabalho interno e externo é obtido pelo balanço de energia nos respectivos elementos e elementos de mudança de fase, obtendo assim as temperaturas de mistura em função do tempo e da posição. A tração de massa solidificada/fundida,a efetividade e o NTU são analisados em função das variações da geometria e do número de aletas, o espaçamento anular, número de Biot e Stefan, as temperaturas dos fluidos de trabalho e os respectivos números de Reynolds dos fluidos de trabalho / Abstract: Research activities in thermal energy storage in the form of latent heat in storage systems with and without fins are well advanced and intense. The present research project aims to investigate the thermal behavior and the effects of the geometrical and operational parameters on the performance of the latent heat storage units of cylindrical annular model is based upon a two-dimensional formulation of the heat conduction with phase change where the inlet temperatures of the two working fluids are maintained constants. The numerical solution is realized using the finite volume control method and the ADI scheme. The coupling of the above problem with the two working fluids, is obtained by energy balance on the respective fluid elements and the phase change elements, and consequently the fluid bulk temperature is determined in terms of the time and space. The solidified/melt mass ftaction, the effectiveness and the NTU are analyzed in terms of the variation in the geometry number of fins, the annular spacing, the Biot and Stefan number, the temperature and the Reynolds numbers of the working fluids / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Manoel Mansanares / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-22T19:41:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dacal_LuisCarlosOgando_M.pdf: 5585941 bytes, checksum: d6deb34aa06dc25b2f27b1aab5382399 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Neste trabalho foram investigados, através da Microscopia Fototérmica de Reflexão, diodo-lasers de potência fabricados pelo CPqD ( Telebrás ) e usados em telecomunicações. Trata-se de lasers com substrato de GaAs, poço quântico de InGaAs ( pico de emissão em 980 nm ), camadas confinantes de GaAlAs e GaInP. A estrutura fisica é do tipo "ridge". Os lasers foram tratados com camada anti-refletora ( AR ) na face frontal e reflexão máxima ( Rmax ) na face traseira, montados com lado p para cima ou para baixo ( substrato ). A distribuição de temperatura na face dos lasers, e sobre o seu contato elétrico ( sobre o "ridge" ) no caso de serem montados com o lado p para cima, foi detenninada. No último caso, as medidas foram feitas nas proximidades do espelho e no meio da cavidade. Os resultados experimentais evidenciam o maior aquecimento do espelho. A partir destes resultados e do cálculo da temperatura para a geometria do problema, foi estabelecida a relação entre as perdas no volume e as de superfície para estes lasers. A partir dos cálculos também foi possível concluir que a camada de alumina ( AR na face de saída ) não influencia significativamente a distribuição de temperatura. Por outro lado, os resultados experimentais obtidos na face do laser mostram a importância das camadas de confinamento de luz no aquecimento da região ativa. Medidas feitas sob as mesmas condições de corrente injetada, mas sob diferentes níveis de potência de saída mostram nitidamente a influência da luz no processo de aquecimento. A absorbância da superficie do dispositivo foi determinada, mostrando-se muito superior àquela da camada de alumina, indicando que se trata de aquecimento por absorção de luz na superficie do cristal / Abstract: In this work the Photothermal Reflectance Microscopy was used to investigate telecommunication laser-diodes produced by CPqD-Telebrás. These lasers are InGaAs SQW lasers operating at 980 nm, with GaAlAs or GaInP cladding layers, based on GaAs substrate, and using a ridge waveguiding structure. The laser facets were coated with l/4 Al2O3 and l/4 Al2O3/Si layers to provide anti-reflection and maximum reflection mirrors ( front and rear facet, respectively ). The devices were soldered junction-side up or junction-side down on the heat sink. The temperature distribution was determined on the laser facet, as well as on the electric contact ( on the ridge ) in the case of junction-side up soldered devices. In the last case, measurements were made both near the facet and in the middle of the cavity .Experimental results show a higher temperature distribution near the facet. Comparing these results with the calculated temperature for the specific geometry allows to establish the relationship between the bulk and surface losses. From the calculated temperature we conclude also that the Al2O3 layer does not play a significant role in the temperature distribution. On the other hand, experimental results obtained on the facet show the important role of the cladding layers on the laser temperature. Measurements performed under the same injection current level, but under different output power levels, show clearly the influence of the laser light in the heating process of the device. The surface absorbency was found to be much higher than that of Al2O3, indicating that the main heating mechanism is the surface crystal absorption of the emitted laser light / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: João F. da Costa Azevedo Meyer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-07-23T15:27:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HaberPerez_Victor_M.pdf: 4340912 bytes, checksum: 805f4de8a82e925da61f4557cf3ef4d4 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho aborda basicamente o estudo teórico do fenômeno de transferência de calor por difusão durante o processo de secagem de banana (Musa a.cuminata) sub grupo Cavendich Cultivar Nanicão, para diferentes condições de secagem. Foram desenvolvidos dois modelos matemáticos com base na equação de transferência de calor por condução: um para cilindro infinito com difusividade ténnica constante e outro para cilindro finito com difusividade ténnica variável. Os resultados obtidos demonstraram que a mudança da geometria da fruta na equação de difusão, assim como do coeficiente de difusividade ténnica, pennitiram uma boa aproximação entre as temperaturas experimentais e as calculadas no centro da banana, particularmente para geometria cilíndrica finita. Também foram estudados os perfis de temperatura no interior do produto, sendo que os resultados das variações da temperatura no centro da fruta com o raio e o tempo de secagem puderam ser analisados individualmente e através de gráficos de superficie. Finalmente foi obtido um outro modelo, desta vez uma equação empírica de natureza logarítmica, o qual apesar da sua simplicidade mostrou-se também adequado para descrever o comportaniento da temperatura do produto durante a secagem / Abstract: In this work the phenomenon of heat transfer during the drying of banana fruit (Musa acuminata) sub-group Cavendish variety was studied for different air drying eonditions. Two mathematieaI modeIs were deveIoped based on the eonduetion heat transfer equation. The first one eonsidered an infinite eylindergeometry and eonstant thennaI diffusivity. The seeond modeI was buiIt for a finite eyIinder geometry and eonsidered variabIe thermaI diffusivity. The resuIts have shown that ehanges in the fruit geometry and in the thermaI diffusivity eoeffieient included in the diffusionaI modeI provide a good agreement between experimental and eaIeuIatedtemperatures inside the banana, partieuIarIyfor the finite eylindrieaIgeometry. The temperature profiIe inside the banana was aIso studied. Changes in temperature aeeording to the distanee fiom the eenter of the eylinderand the drying time were iaIso anaIyzed by the response surfaee graphs' . Finally, a third IDodeIwas proposed based on an empirieaIIogaritInnie equation. In spite of its simplieity, this equation was adequate to deseribe the temperature profile inside the banana during drying / Mestrado / Agua e Solo / Mestre em Engenharia Agrícola