Orientador: Eduardo Tavares Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T13:09:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cheade_EduardodeLima_M.pdf: 4329649 bytes, checksum: cccb5144d6d74ac9e7db94da82d1e776 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A utilização de próteses de válvulas cardíacas tanto mecânicas quanto biológicas tem se tornado cada vez mais freqüente. Estas próteses devem ser avaliadas (testes in-vitro e in-vivo) para que sejam utilizadas clinicamente. Os testes de desempenho hidrodinâmico são realizados in vitro, e a análise dos resultados é importante para a classificação e caracterização de uma determinada prótese, sendo atualmente um dos requisitos obrigatórios exigido por órgãos reguladores para a aprovação de próteses a serem empregadas clinicamente. Os testes de desempenho hidrodinâmico são realizados por sistemas complexos, denominados duplicadores de pulso, cuja finalidade é reproduzir o comportamento hidrodinâmico do coração e simular as variáveis fisiológicas às quais as válvulas são normalmente submetidas em condições reais. Neste trabalho foi desenvolvido, para uso na empresa Braile Biomédica, utilizando a plataforma de programação LabVIEW®, um programa capaz de fazer a aquisição e interpretação dos sinais de fluxo e pressão provenientes de transdutores específicos, bem como a realização dos cálculos necessários e a geração de um relatório resultante do teste. Também foram desenvolvidos circuitos condicionadores de sinais para os transdutores de pressão e fluxo inerentes ao sistema duplicador de pulso existente na empresa. A partir das medidas e dos gráficos de pressão e fluxo é possível calcular os seguintes parâmetros: área específica do orifício, coeficiente de descarga, fração de regurgitação e índices de performance e eficiência da válvula. / Abstract: It has become very frequent the use of mechanic or biological cardiac valve prostheses. These prostheses must be evaluated (in vitro and in vivo tests) in order to be used clinically. The hydrodynamic performance tests are carried out in vitro. The analyses of the test results are very important for the characterizations and classification of a given prosthesis, being one of mandatory requirements of the regulatory organs in order to approve its clinical use. The hydrodynamic performance tests are carried out by complex systems often called pulse duplicators, which must reproduce the heart hydrodynamic behaviour and simulate the physiological variables that the cardiac valves are submitted in real conditions. In this work it has been developed a software program to be used at Braile Biomedica based on the LabVIEW® platform, capable of acquiring and processing flux and pressure signals from specific transducers, as well as all the necessary calculi and generation of the test results report. It has also been developed the signal conditioning circuits for the pressure and flux transducers inherent to the company pulse duplicator. The following parameters are calculated and reported with several graphics showing flux and pressure signals: orifice specific area, discharge coefficient, regurgitation fraction and valve performance and efficiency indices. / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

[EN] In the regulation of a refrigeration system the expansion device have a fundamental role. The precise understanding of the way in which it works with different refrigerants is of crucial relevance in order to perform a precise design of these systems, as well as, to assist to its proper selection as a function of its capacity and the employed refrigerant. This thesis presents on the one hand the experimental characterization of the mass flow rate through an expansion valve with three different refrigerants: R22 (HCFC) as reference; R290 (propane) as a natural refrigerant, and R410A (HFC), currently one of the most common refrigerants, in a wide range of operating conditions and for different valve lifts. On the other hand, the work also includes the study of the modeling of the refrigerant flow through the expansion valve, and the development of a model based on the flashing process, with sufficient predictive ability to determine the mass flow rate circulating through the expansion valve according to the upstream fluid conditions and the opening valve. In order to determine accurately and precisely the minimum geometric area and the effective single-phase area of the expansion valve, it has been measured in the metrological center of UPV. In addition detailed hydraulic and pneumatic studies of the vale in two different test benches have been carried out. The analysis of experimental results obtained for the three refrigerants has shown that the mass flow rate through the expansion valve is strongly dependent on the upstream pressure and the degree of subcooling, but also slightly dependent on the downstream pressure. For the range of typical operation of heat pump and refrigeration systems, unlike some studies in literature have observed, the first-stage choking phenomena was not observed in our case. Instead, all the obtained results seem to be in the second-stage choking non-ideal flow. Obviously, the effect of the flow area on the mass flow is very important. The developed model of mass flow rate through expansion valves is basically derived from the Bernoulli equation for incompressible single-phase flow through orifices from assuming that the flow at vena contracta section is almost entirely liquid. The pressure at the vena contracta section is determined from the correlations obtained by Alamgir et al. [1981] and Abuaf et al. [1983] for water depressurization in "flashing" type expansions, in which a sudden depressurization occurs and subcooled liquid passes to metastable liquid and finally to two-phase flow. An adjustment coefficient, Ctwo-phase, was added to the model in order to take into account the effect of bubbles formation in the flow restriction, depending on the opening of the valve. This coefficient depends only on the flow area and it is close to the unit at high values of the flow area. The obtained results were found to be in good agreement with the measured data with approximately 95% of the measured data falling within a relative deviation of ±7%. / [ES] En la regulación del sistema de refrigeración como conjunto, el ajuste y estado del dispositivo de expansión tiene un papel fundamental, y el mejor conocimiento de su funcionamiento resulta de sumo interés para el correcto diseño del equipo, así como para asistir su correcta selección en función de la capacidad del mismo y del refrigerante empleado. Este trabajo de tesis doctoral presenta por un lado la caracterización experimental del flujo másico circulante a través de una válvula de expansión con distintos refrigerantes: el R22 (HCFC) como referencia, el R290 (propano) como refrigerante natural, y el R410A (HFC) como uno de los refrigerantes más habituales en la actualidad, en un amplio rango de condiciones de funcionamiento, para diferentes levantamientos de la válvula a estudio. Por otro lado, el trabajo incluye también el estudio del modelado del proceso de expansión a través de la válvula, y el desarrollo de un modelo basado en el proceso físico que se produce: "flashing", con capacidad predictiva suficiente para poder determinar el gasto másico circulante a través de la válvula de expansión en función de las condiciones del fluido aguas arriba y el área de paso de la misma. Para determinar con precisión y exactitud el área mínima geométrica y el área efectiva monofásica de la válvula de expansión se ha realizado medidas en el centro metrológico de la UPV, y también un estudio hidráulico y neumático detallado de la misma en sendos bancos de ensayo. El análisis de los resultados experimentales para los tres refrigerantes empleados ha mostrado que el gasto másico a través de la válvula de expansión es fuertemente dependiente de la presión aguas arriba y el grado de subenfriamiento, pero también ligeramente dependiente de la presión aguas abajo. Para el rango de funcionamiento típico de equipos de bomba de calor y sistemas de refrigeración, no se ha observado la primera etapa de flujo bloqueado que se mencionó en algunos estudios de la literatura, estando la totalidad de los resultados obtenidos claramente en la segunda etapa de flujo bloqueado no ideal. Obviamente, el efecto del área de paso sobre el gasto másico es muy determinante. El modelo de gasto másico a través de válvulas de expansión desarrollado se deriva básicamente de la ecuación de Bernoulli para flujo monofásico incompresible a través de orificios asumiendo que el flujo hasta la sección de vena contracta se encuentra prácticamente en su totalidad en estado líquido. La presión en la sección de vena contracta se ha determinado a partir de las correlaciones que obtuvieron Alamgir et al. [1981] y Abuaf et al. [1983] para la despresurización del agua en expansiones tipo "flashing", en los que se produce una despresurización súbita y el líquido subenfriado pasa a líquido metaestable y finalmente a flujo bifásico. Se ha añadido un coeficiente de ajuste, Cbifásico, en el modelo para tener en cuenta el efecto que puede tener la formación de burbujas en la restricción del flujo, en función del área de paso de flujo circulante a través de las válvulas. Este coeficiente sólo depende del área de paso y se acerca a la unidad a partir de un cierto tamaño del área de paso. Los resultados del modelo presentado en esta tesis doctoral son muy satisfactorios, llegando a predecir el 95% de los resultados con una desviación máxima del 7 %. / [CA] En la regulació del sistema de refrigeració com a conjunt, l'ajust i estat del dispositiu d'expansió té un paper fonamental i el millor coneixement del seu funcionament amb distints refrigerants resulta del màxim interés per al correcte disseny d'estos, així com per a assistir la seua correcta selecció en funció de la capacitat i del refrigerant empleat. Este treball de tesi doctoral presenta per un costat la caracterització experimental del flux màssic circulant a través d'una vàlvula d'expansió amb distints refrigerants: el R22 (HCFC) com a referència; el R290 (propà) com refrigerant natural, i el R410A (HFC) com un dels refrigerants més habituals en l'actualitat, en un ampli rang de condicions de funcionament, per a diferents alçaments de la vàlvula a estudi. D'altra banda, el treball inclou també l'estudi del modelatge del procés d'expansió a través de la vàlvula, i el desenrotllament d'un model basat en el procés físic que es produïx "flashing", amb capacitat predictiva suficient per a poder determinar el gasto màssic circulant a través de la vàlvula d'expansió en funció de les condicions del fluid aigües dalt i l'àrea de pas de la mateixa. Per a determinar amb precisió i exactitud l'àrea mínima geomètrica i l'àrea efectiva monofàsica de la vàlvula d'expansió s'han realitzat mesures en el centre metrológico de la UPV, i també un estudi hidràulic i pneumàtic detallat de la mateixa en sengles bancs d'assaig. L'anàlisi dels resultats experimentals per als tres refrigerants empleats ha mostrat que el fluxe màssic a través de la vàlvula d'expansió és fortament dependent de la pressió aigües dalt i el grau de subrefredament, però també lleugerament dependent de la pressió aigües aball. Per al rang de funcionament típic d'equips de bomba de calor i sistemes de refrigeració, no s'ha observat la primera etapa de flux bloquejat que es va mencionar en alguns estudis de la literatura, estant la totalitat dels resultats obtinguts clarament en la segona etapa de flux bloquejat no ideal. Òbviament, l'efecte de l'àrea de pas sobre el gasto màssic és molt determinant. El model de fluxe màssic a través de vàlvules d'expansió desenvolupat es deriva bàsicament de l'equació de Bernoulli per a flux monofàsic incompressible a través d'orificis a partir d'assumir que el flux fins a la secció de vena contracta es troba pràcticament en la seua totalitat en estat líquid. La pressió en la secció de vena contracta s'ha determinat a partir de les correlacions que van obtindre Alamgir t'al. [1981] i Abuaf t'al. [1983] per a la despresurització del aigua en expansions del típus "flashing", en eles que es produeix una despresurització súbita i el líquid subrefredad passa a líquid metaestable i finalment a fluxe bifásic. S'ha afegit un coeficient d'ajust, Cbifásico, en el model per a tindre en compte l'efecte que pot tindre la formació de bambolles en la restricció del flux, en funció de l'àrea de pas de flux circulant a través de les vàlvules. Este coeficient només depén de l'àrea de pas i s'acosta a la unitat a partir d'una certa grandària de l'àrea de pas. Els resultats del model presentat en aquesta tesi doctoral reprodueixen el 95% dels resultats en una desviacio máxima del 7%. / Ait Bahajji, M. (2016). Estudio teórico experimental del proceso de "flashing" de refrigerantes en válvulas de expansión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61980

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-30Bitstream added on 2014-06-13T20:30:31Z : No. of bitstreams: 1 rodrigues_tt_me_ilha.pdf: 2332044 bytes, checksum: 6e277868f01ea21a46dfbf5c827109a7 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Ensino Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) / A compreensão do escoamento em válvulas de compressores herméticos alternativos é de fundamental importância para introduzir modificações no projeto delas de maneira a aumentar a performance dos compressores, e por fim, dos ciclos de refrigeração. A válvula do compressor é um dispositivo ímpar, umas vez que seu funcionamento se dá pela ação da pressão exercida pelo escoamento, caracterizando um problema de forte interação fluido- estrutura. O uso da modelagem numérica através das ferramentas da mecânica dos fluidos computacional (CFD) tem se destacado como a alternativa mais dinâmica para o estudo do fenômeno. O trabalho desenvolvido foi voltado para o estudo numérico do escoamento através do difusor radial, o qual é um modelo simplificado da válvula, com o emprego do Método da Fronteira Imersa com Modelo Físico Virtual para a modelagem do disco superior do difusor (palheta). O ponto forte desta metodologia é que a representação de regiões sólidas é feita pelo cálculo de um campo de força, o qual é introduzido nas equações das células na vizinhança do sólido. Este procedimento dispensa o uso de malhas que se adaptam ao corpo, possibilitando o uso de malhas cartesianas convencionas para modelar geometrias complexas e móveis. A metodologia foi acoplada com a solução das equações governantes do escoamento em coordenadas cilíndricas através do Método dos Volumes Finitos. Inicialmente, a metodologia foi validada, utilizando como dados de referência resultados provenientes de estudos numéricos e experimentais, e foi avaliada a influência dos parâmetros do procedimento na qualidade final dos resultados. Na segunda etapa foram desenvolvidos estudos preliminares referentes ao movimento do disco superior, com a imposição artificial dos processos de abertura e fechamento da válvula. Os resultados obtidos mostraram que a metodologia adotada... / The fully understanding of the flow through automatic valves of alternative hermetic compressors is essentiall to introduce modifications in its project aiming the improvement of the compressor performance and, also, the refrigeration cycle. The compressor valve is a singular device, once its operation is ruled by the flow pressure, characterizing a case with a strong fluid-structure interaction. The using of numerical tools trough the methods of computational fluid dynamics (CFD) has gained especial attention due to its flexibility to study the phenomenon. The present work was developed to study numerically the flow through the radial diffuser, which is a simplified model of the valve, with the employment of the Immersed Boundary Method with Virtual Physical Model to modeling the superior disk (valve reed). The main advantage of this methodology is that the modeling of solid boundaries is performed with the calculus of a force field, which is introduced in the cells equations nearby the solid. This procedure dispenses the using of body-fitted meshes, enabling the adoption of conventional Cartesian meshes to model complex and moving geometries. The methodology was coupled with the solution of the governing equations in cylindrical coordinates though the Finite Volume Method. Firstly, the methodology was validated, confronting the results obtained with data from numerical and experimental studies, where the influence of the main parameters in the quality of the final results was evaluated. In the second step were developed preliminary studies concerning the movement of the superior disk, whose opening and closing movements were artificially imposed. The results obtained showed that the adopted methodology is quit promising and flexible, and can be employed in more refined studies to the comprehension of the flow through the valve regarding the fluid-structure interaction that rules the problem

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-06-28Bitstream added on 2014-06-13T20:30:31Z : No. of bitstreams: 1 anhejunior_sa_me_ilha.pdf: 2550289 bytes, checksum: 4299d702522bdb3a4b51de625099c77e (MD5) / Fundação de Ensino Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) / O presente trabalho refere-se à investigação experimental e numérica do escoamento em difusores radiais, que são usados como modelos de representação de sistemas de válvulas de compressores de refrigeração. Uma bancada experimental é projetada, construída e validada para medir a distribuição de pressão, sobre o disco frontal de um difusor radial de razão de diâmetro 3, para números de Reynolds de 1500 a 9000 e afastamento entre os discos frontal e anterior variando de 0,415mm a 0,705mm aproximadamente. Paralelamente, desenvolve-se um código computacional, baseado na metodologia de Volumes Finitos para malhas desencontradas, para simular o escoamento na geometria do difusor radial. O código computacional é primeiramente validado por meio dos resultados experimentais obtidos da bancada construída. Após sua validação, o código é usado para analisar o escoamento em um difusor de razão de diâmetro igual a 1,4, para números de Reynolds variando de 500 a 2500 e afastamento entre discos na fixa de 0,125 a 1,0mm. Os resultados numéricos mostram o surgimento de recirculação extendendo-se em toda região do difusor. Além disso, os resultados de perfil de pressão sobre o disco frontal fornecem forças e quedas totais de pressão no difusor que aumentam com o número de Reynolds e afastamento entre disco. Esse comportamento produz um ponto de mínima área efetiva de força localizado na faixa de , para números de Reynolds variando de 500 a 1500. Para número de Reynolds mais elevados, , a área efetiva de força sempre aumenta com o aumento do afastamento entre discos. A área efetiva de escoamento, outro parâmetro de interesse para a simulação do compressor, apresenta um crescimento linear com o afastamento entre discos, independentemente do número de Reynolds avaliado. / In this work, an experimental and numerical investigation of the flow in radial diffusers representing the valve system of refrigeration compressor is accomplished. An experimental bench is designed, build, and validated allowing the measurement of the pressure distribution on the frontal disk surface of a radial diffuser with diameter ratio equal to 3, for Reynolds number varying from 1500 to 9000 and distances between disks in the ranges of 0.415 to 0.705mm. In addition, a computational code based on the Finite Volume Methodology for staggered mesh is developed in order to simulate the flow though the radial diffuser. The computational code is firstly validated by using the experimental data obtained from the experimental bench. After its validation, the code is used for analyzing the flow through a radial diffuser with diameter ratio equal to 1.4, for Reynolds numbers varying from 500 to 2500 and distance between disks in the range of 0.125 a 1.0 mm. The numerical results showed recirculation regions extending through the whole diffuser for the majority of the analyzed cases. The pressure profiles on the frontal disk surface produce forces and total pressure drops through the diffuser that increase with both Reynolds number and distance between disks. There is a minimum effective force area in the range of , for Reynolds numbers varying from 500 a 1500. For higher Reynolds numbers, , the effective force area always increases for increasing distance between disks. The effective flow area, another parameter used for simulating the compressor, increases linearly with the distance between disks, independently of the Reynolds number.

Orientador: José Luiz Gasche / Banca: André Luiz Seixlack / Banca: Odenir de Almeida / Resumo: O presente trabalho refere-se à investigação experimental e numérica do escoamento em difusores radiais, que são usados como modelos de representação de sistemas de válvulas de compressores de refrigeração. Uma bancada experimental é projetada, construída e validada para medir a distribuição de pressão, sobre o disco frontal de um difusor radial de razão de diâmetro 3, para números de Reynolds de 1500 a 9000 e afastamento entre os discos frontal e anterior variando de 0,415mm a 0,705mm aproximadamente. Paralelamente, desenvolve-se um código computacional, baseado na metodologia de Volumes Finitos para malhas desencontradas, para simular o escoamento na geometria do difusor radial. O código computacional é primeiramente validado por meio dos resultados experimentais obtidos da bancada construída. Após sua validação, o código é usado para analisar o escoamento em um difusor de razão de diâmetro igual a 1,4, para números de Reynolds variando de 500 a 2500 e afastamento entre discos na fixa de 0,125 a 1,0mm. Os resultados numéricos mostram o surgimento de recirculação extendendo-se em toda região do difusor. Além disso, os resultados de perfil de pressão sobre o disco frontal fornecem forças e quedas totais de pressão no difusor que aumentam com o número de Reynolds e afastamento entre disco. Esse comportamento produz um ponto de mínima área efetiva de força localizado na faixa de , para números de Reynolds variando de 500 a 1500. Para número de Reynolds mais elevados, , a área efetiva de força sempre aumenta com o aumento do afastamento entre discos. A área efetiva de escoamento, outro parâmetro de interesse para a simulação do compressor, apresenta um crescimento linear com o afastamento entre discos, independentemente do número de Reynolds avaliado. / Abstract: In this work, an experimental and numerical investigation of the flow in radial diffusers representing the valve system of refrigeration compressor is accomplished. An experimental bench is designed, build, and validated allowing the measurement of the pressure distribution on the frontal disk surface of a radial diffuser with diameter ratio equal to 3, for Reynolds number varying from 1500 to 9000 and distances between disks in the ranges of 0.415 to 0.705mm. In addition, a computational code based on the Finite Volume Methodology for staggered mesh is developed in order to simulate the flow though the radial diffuser. The computational code is firstly validated by using the experimental data obtained from the experimental bench. After its validation, the code is used for analyzing the flow through a radial diffuser with diameter ratio equal to 1.4, for Reynolds numbers varying from 500 to 2500 and distance between disks in the range of 0.125 a 1.0 mm. The numerical results showed recirculation regions extending through the whole diffuser for the majority of the analyzed cases. The pressure profiles on the frontal disk surface produce forces and total pressure drops through the diffuser that increase with both Reynolds number and distance between disks. There is a minimum effective force area in the range of , for Reynolds numbers varying from 500 a 1500. For higher Reynolds numbers, , the effective force area always increases for increasing distance between disks. The effective flow area, another parameter used for simulating the compressor, increases linearly with the distance between disks, independently of the Reynolds number. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:01:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2354_1.pdf: 6055782 bytes, checksum: 76375bee6f225ba09f816921ea89b485 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação desenvolvemos atividades de fabricação de filmes compostos de multicamadas magnéticas, caracterização de suas propriedades e interpretação fenomenológica dos resultados. Investigamos os efeitos de acoplamentos magnéticos que ocorrem em bicamadas do tipo ferromagneto/antiferromagneto (FM/AF) e em estruturas do tipo válvulas de spin, que são adequadas para investigar a superposição dos acoplamentos direto (exchange bias) e indireto (mediado pela camada não magnética). Todas as amostras investigadas neste trabalho foram fabricadas pela técnica de sputterin DC e RF e para caracterizar as propriedades estáticas e dinâmicas da magnetização utilizamos as técnicas de ressonância ferromagnética (FMR) e magnetoresistência (MR). As medidas de MR ao longo do eixo fácil permitiram medir a dependência do campo de exchange bias (HE) e do campo coercivo (HC) em função da temperatura. Ambos HE e HC mostram um crescimento monotônico à medida que a temperatura diminui. Para as medidas de ressonância ferromagnética levamos em consideração três diferentes mecanismos de relaxação para explicar a dependência angular da largura de linha em bicamadas FM/AF. A simetria das curvas H vs.H foi ajustada numericamente e verificamos a importância dos mecanismos de 2-mágnons e de flutuação dos eixos de anisotropia. Considerando as válvulas de spin, as análises de FMR mostraram a existência de dois picos de absorção correspondentes às ressonâncias das camadas livre e presa. Para espessuras grandes da camada separadora de rutênio, a camada livre apresenta uma dependência angular típica de um filme simples e a camada presa apresenta uma dependência típica de um acoplamento do tipo exchange bias. Para espessuras menores da camada de Ru verificamos o efeito da mudança do sinal do acoplamento indireto entre as camadas livre e presa. Estes resultados também foram confirmados pelas curvas de MR, obtidas ao longo do eixo de anisotropia e para diferentes espessuras da camada separadora. Medidas de ressonância ferromagnética feitas ao longo do eixo unidirecional com o campo aplicado paralelo e antiparalelo a direção de mínimo de energia, nos permitiram estudar o comportamento da largura de linha e do campo de ressonância em função da temperatura, fizemos também uma estimativa do campo de exchange bias para medidas de FMR em função da temperatura e comparamos os resultados com os obtidos por MR