In this thesis we present some studies that were done in a trapped 87Rb Bose-Einstein condensate using the thermodynamic global variables. We have measured the global sound velocity by studying the variation of the total number of trapped atoms as a function of temperature. This method allowed us to determine the contribution of thermal and BEC components at each temperature. In order to study the sound velocity in each component, we treated both fluids as they were completely independent and we found great similarity with a published work. In addition, we analyze theoretically the validity of the global variables by comparing this approach with other methods. The specific heat for an ideal gas was evaluated using the global variables and by using the usual statistical approach found in textbooks. After finding the same result for both methods, we used the simplicity to implement the interaction in the global approach, to study the variation in the specific heat when the interactions are taken into account. The last comparison was done between global variables and the local density approximation. We have obtained that, for the isothermal compressibility and a equation of state, both methods provide equivalent results. / Nesta tese descrevemos estudos que foram feitos em um Condensado de Bose-Einstein de 87Rb usando variáveis termodinâmicas globais. A velocidade do som foi medida através de variações do número de átomos aprisionados em função da temperatura. Com este método fomos capazes de determinar qual a contribuição da componente térmica e do condensado em cada temperatura. Com o objetivo de estudar a velocidade do som em cada componente, analisamos ambas componentes como se elas fossem totalmente independentes, e encontramos grande similaridade com outro trabalho publicado. Adicionalmente, um estudo teórico foi feito para analisar a validade das variáveis globais comparando com outros métodos. O calor específico para um gás ideal foi calculado usando as variáveis globais e também usando o tratamento estatístico convencional encontrado em livros-texto. Depois de encontrar os mesmos resultados com os dois métodos, usamos a facilidade que temos em considerar as interações entre os átomos usando as variáveis globais, e estudamos a variação no calor específico quando estas interações são consideradas. Em um último estudo, comparamos as variáveis globais com o método de aproximação da densidade local. Para a compressibilidade isotérmica e para uma equação de estado obtemos resultados equivalentes com os dois métodos.

A transmissão do ultra-som no organismo humano tem sido objeto de estudos a várias décadas, com a finalidade de promover diagnóstico. Recentemente tem sido usada para avaliar a densidade óssea e poder diagnosticar precocemente o aparecimento da osteoporose e prever o risco de fratura. Nesse trabalho foi desenvolvido um sistema capaz de gerar, receber e amplificar sinais ultra-sônicos para a avaliação da velocidade do som e atenuação em função da freqüência (BUA). A técnica usada foi a de transmissão do sinal ultra-sônico, com acoplamento por gel de ultra-som e por água (tanque acústico), que consiste no uso de dois transdutores, um para transmissão e outro para recepção, sendo a amostra posicionada entre eles. Devido ao alto índice de dispersão nas medidas ultra-sônicas, será buscado um material de referência, o qual deve possuir características tanto de velocidade do som e atenuação em função da freqüência, parecidas com a do osso (calcâneo), que será usado para calibração do equipamento e para o acompanhamento da medida óssea. Foram utilizados os parâmetros ultra-sônicos para avaliação da consolidação óssea (em tíbias de carneiro) em diferentes períodos e nos diversos tipos de fraturas. O sistema foi caracterizado em termos de temperatura e reprodutibilidade utilizando diferentes materiais. Medidas no calcâneo de voluntários, de velocidade e atenuação em função da freqüência, independente de associações patológicas, mostrou resultados compatíveis com os encontrados na literatura. Foram feitas diversas análises, com pequenas mudanças nas condições geométricas, de sinal e freqüência dos transdutores, para observar sua influência sobre as medidas de atenuação e velocidade. Isto com a finalidade de tentar relacionar as variações nas medidas de atenuação obtidas por diferentes autores. / Ultrasound transmission in human bodies has been studied for several decades in order to facilitate diagnosis. It has also been used to evaluate bone density and to diagnose early osteoporosis and future fracture risks. For this study, a system to generate, receive and amplify ultrasonic signs for speed of sound assessment and broad band ultrasound attenuation (BUA) was developed. Transmission of ultrasonic signals was performed by coupling using ultrasound gel and water (acoustic tank) and the sample placed between two transducers, one for transmission and the other for reception. Due to the high rate of the dispersion of ultrasonic measures, some reference material having the characteristics of the speed of sound and broad band ultrasound attenuation, similar to the heel bone that will be used for equipment calibration and follow-up of bone measure will have to be found. Ultrasonic parameters were used to evaluate bone consolidation (tibia of a sheep), in different periods and several kinds of fractures. Temperature and reproducibility using different materials were used to customize the system. Measures of volunteers\'s heel bone speed and broad band ultrasound attenuation showed results consistent with the ones from literature. Several analyses with little changes in geometric, signal and transducer frequency conditions were performed in order to observe their influence on attenuation and speed measures. Those steps were carried out in order to try to relate the variations in attenuation measures to those obtained by other authors.

Orientador: Olexandr Zhydenko / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2014

A transmissão do ultra-som no organismo humano tem sido objeto de estudos a várias décadas, com a finalidade de promover diagnóstico. Recentemente tem sido usada para avaliar a densidade óssea e poder diagnosticar precocemente o aparecimento da osteoporose e prever o risco de fratura. Nesse trabalho foi desenvolvido um sistema capaz de gerar, receber e amplificar sinais ultra-sônicos para a avaliação da velocidade do som e atenuação em função da freqüência (BUA). A técnica usada foi a de transmissão do sinal ultra-sônico, com acoplamento por gel de ultra-som e por água (tanque acústico), que consiste no uso de dois transdutores, um para transmissão e outro para recepção, sendo a amostra posicionada entre eles. Devido ao alto índice de dispersão nas medidas ultra-sônicas, será buscado um material de referência, o qual deve possuir características tanto de velocidade do som e atenuação em função da freqüência, parecidas com a do osso (calcâneo), que será usado para calibração do equipamento e para o acompanhamento da medida óssea. Foram utilizados os parâmetros ultra-sônicos para avaliação da consolidação óssea (em tíbias de carneiro) em diferentes períodos e nos diversos tipos de fraturas. O sistema foi caracterizado em termos de temperatura e reprodutibilidade utilizando diferentes materiais. Medidas no calcâneo de voluntários, de velocidade e atenuação em função da freqüência, independente de associações patológicas, mostrou resultados compatíveis com os encontrados na literatura. Foram feitas diversas análises, com pequenas mudanças nas condições geométricas, de sinal e freqüência dos transdutores, para observar sua influência sobre as medidas de atenuação e velocidade. Isto com a finalidade de tentar relacionar as variações nas medidas de atenuação obtidas por diferentes autores. / Ultrasound transmission in human bodies has been studied for several decades in order to facilitate diagnosis. It has also been used to evaluate bone density and to diagnose early osteoporosis and future fracture risks. For this study, a system to generate, receive and amplify ultrasonic signs for speed of sound assessment and broad band ultrasound attenuation (BUA) was developed. Transmission of ultrasonic signals was performed by coupling using ultrasound gel and water (acoustic tank) and the sample placed between two transducers, one for transmission and the other for reception. Due to the high rate of the dispersion of ultrasonic measures, some reference material having the characteristics of the speed of sound and broad band ultrasound attenuation, similar to the heel bone that will be used for equipment calibration and follow-up of bone measure will have to be found. Ultrasonic parameters were used to evaluate bone consolidation (tibia of a sheep), in different periods and several kinds of fractures. Temperature and reproducibility using different materials were used to customize the system. Measures of volunteers\'s heel bone speed and broad band ultrasound attenuation showed results consistent with the ones from literature. Several analyses with little changes in geometric, signal and transducer frequency conditions were performed in order to observe their influence on attenuation and speed measures. Those steps were carried out in order to try to relate the variations in attenuation measures to those obtained by other authors.

In this thesis we present some studies that were done in a trapped 87Rb Bose-Einstein condensate using the thermodynamic global variables. We have measured the global sound velocity by studying the variation of the total number of trapped atoms as a function of temperature. This method allowed us to determine the contribution of thermal and BEC components at each temperature. In order to study the sound velocity in each component, we treated both fluids as they were completely independent and we found great similarity with a published work. In addition, we analyze theoretically the validity of the global variables by comparing this approach with other methods. The specific heat for an ideal gas was evaluated using the global variables and by using the usual statistical approach found in textbooks. After finding the same result for both methods, we used the simplicity to implement the interaction in the global approach, to study the variation in the specific heat when the interactions are taken into account. The last comparison was done between global variables and the local density approximation. We have obtained that, for the isothermal compressibility and a equation of state, both methods provide equivalent results. / Nesta tese descrevemos estudos que foram feitos em um Condensado de Bose-Einstein de 87Rb usando variáveis termodinâmicas globais. A velocidade do som foi medida através de variações do número de átomos aprisionados em função da temperatura. Com este método fomos capazes de determinar qual a contribuição da componente térmica e do condensado em cada temperatura. Com o objetivo de estudar a velocidade do som em cada componente, analisamos ambas componentes como se elas fossem totalmente independentes, e encontramos grande similaridade com outro trabalho publicado. Adicionalmente, um estudo teórico foi feito para analisar a validade das variáveis globais comparando com outros métodos. O calor específico para um gás ideal foi calculado usando as variáveis globais e também usando o tratamento estatístico convencional encontrado em livros-texto. Depois de encontrar os mesmos resultados com os dois métodos, usamos a facilidade que temos em considerar as interações entre os átomos usando as variáveis globais, e estudamos a variação no calor específico quando estas interações são consideradas. Em um último estudo, comparamos as variáveis globais com o método de aproximação da densidade local. Para a compressibilidade isotérmica e para uma equação de estado obtemos resultados equivalentes com os dois métodos.

Orientadores: Pedro Luiz Onófrio Volpe, Ricardo Belchior Tôrres / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T22:29:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hoga_HeloisaEmi_D.pdf: 3636468 bytes, checksum: 5e4d8bd5f23dc45b0e386f59f4dd3f74 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Propriedades excesso têm sido um caminho qualitativo e quantitativo para predizer o desvio da idealidade de soluções líquidas binárias. Além disso, as grandezas excesso têm sido usadas para desenvolver modelos e novas teorias de soluções. Neste trabalho teve como objetivo o estudo experimental de grandezas volumétricas, viscosimétricas, acústicas e das entalpias excesso de soluções líquidas binárias de água + etanol, ou + etileno glicol, ou + dietileno glicol, ou + trietileno glicol, ou + polietileno glicol 200 (PEG 200), ou + polietileno glicol 300 (PEG 300), ou + polietileno glicol 400 (PEG 400), ou + polietileno glicol 600 (PEG 600), ou + glicerol em função da composição, a diferentes temperaturas e à pressão atmosférica. Os dados de densidade e de velocidade do som foram determinados usando um densímetro e velocímetro (Anton Paar, Modelo DSA 5000). Os valores de viscosidade foram determinados usando um viscosímetro (Anton Paar, Modelo SVM 3000). Os valores da entalpia foram determinados utilizando um microcalorímetro (Thermal Activity Monitor, Titration mode, LKB2277, Thermometric). As temperaturas estudadas foram de 293,15, 298.15, 303,15 e 308,15 K. Somente a entalpia foi estudada a 298,15 K. Os resultados experimentais foram usados para calcular o volume molar excesso, o desvio da compressibilidade isentrópica, o desvio da viscosidade, a energia de Gibbs de ativação excesso e a entalpia molar excesso. As propriedades excesso foram correlacionadas usando os polinômios do tipo Redlich-Kister e Myers-Scott. Os resultados foram comparados e discutidos com base nas interações intermoleculares entre os componentes estudados / Abstract: Excess properties have been a qualitative and quantitative way to predict ideality deviation of liquid binary mixtures. Moreover the excess properties have been used to development molecular theories and new solution models. In this study, density, speed of sound, viscosity and enthalpy of binary mixtures of water + ethanol, or + ethylene glycol, or + diethylene glycol, or + triethylene glycol, or + polyethylene glycol 200, or + polyethylene glycol 300, or + polyethylene glycol 400, or + polyethylene glycol 600, or + glycerol have been determined as a function of composition at several temperatures and atmospheric pressure. The density and speed of sound data were determined using a density and sound velocity meter (Anton Paar, Model DSA 5000) The viscosity data was determined using a viscometer (Anton Paar, Model SVM 3000). The enthalpy date was determined using a microcalorimeter (Thermal Activity Monitor, Titration mode, LKB2277, Thermometric). The temperatures studied were 293.15, 298.15, 303.15 and 308.15 K. Only enthalpy data was measured at 298.15 K. The experimental results have been used to calculated the excess molar, deviations in isentropic compressibility, deviations in viscosity, excess Gibbs free energy of activation of viscous flow and excess molar enthalpy. The excess properties were correlated by using a Redlich-Kister and Myers-Scott polynomial equation. The results were discussed on the basis of intermolecular interactions between the components of the analyzed mixtures / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A descoberta de reservatórios de petróleo na camada do pré-sal abriu novas perspectivas para a economia brasileira. A grandes profundidades, com elevado teor de CO2 e submetidos a altas pressões e temperaturas, a exploração de petróleo das camadas de pré-sal constitui um considerável desafio tecnológico. Neste contexto, o conhecimento dos coeficientes de compressibilidade são fundamentais para o estudo do comportamento termodinâmico e escoamento dos fluidos destes campos de produção. Com este objetivo, foram determinadas experimentalmente nesta dissertação a massa específica e a velocidade do som de sistemas envolvendo quatro hidrocarbonetos puros: n-decano, n-hexadecano, decalina e tetralina, assim como para sistemas multicompostos envolvendo estes hidrocarbonetos e para uma amostra de condensado de petróleo. Os resultados obtidos permitiram o cálculo dos coeficientes de compressibilidade isentrópica, isotérmica e isentálpica. É apresentada uma avaliação sobre a capacidade de se correlacionar dados experimentais de velocidade do som aos dados calculados pelas equações de estado de Peng-Robinson e Lee-Kesler com regras de mistura: (i) Spencer e Danner e (ii) Lee-Kesler / The discovery of oil reservoirs in the pre-salt layer has opened new perspectives for Brazilian economy. In deep waters, with high levels of CO2 and subjected to high pressures and temperatures, the oil exploration in the pre-salt layer is a considerable technological challenge. In this context, knowledge of compressibility coefficients and phase equilibrium data are essential for studying the thermodynamic behavior and flow in these oil fields. With this objective, experimental data were obtained for density and sound velocity in systems involving four pure hydrocarbons: n-decane, n-hexadecane, decalin and tetralin, as well as in multi-component systems involving these hydrocarbons, and in a sample of oil condensate. The results obtained allowed the calculation of isentropic, isothermal and isenthalpic compressibility coefficients. An evaluation on the ability to correlate experimental data of sound velocity with data calculated from Peng-Robinson and Lee-Kesler equations of state with mixing rules: (i) Spencer and Danner and (ii) Lee-Kesler is presented

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A descoberta de reservatórios de petróleo na camada do pré-sal abriu novas perspectivas para a economia brasileira. A grandes profundidades, com elevado teor de CO2 e submetidos a altas pressões e temperaturas, a exploração de petróleo das camadas de pré-sal constitui um considerável desafio tecnológico. Neste contexto, o conhecimento dos coeficientes de compressibilidade são fundamentais para o estudo do comportamento termodinâmico e escoamento dos fluidos destes campos de produção. Com este objetivo, foram determinadas experimentalmente nesta dissertação a massa específica e a velocidade do som de sistemas envolvendo quatro hidrocarbonetos puros: n-decano, n-hexadecano, decalina e tetralina, assim como para sistemas multicompostos envolvendo estes hidrocarbonetos e para uma amostra de condensado de petróleo. Os resultados obtidos permitiram o cálculo dos coeficientes de compressibilidade isentrópica, isotérmica e isentálpica. É apresentada uma avaliação sobre a capacidade de se correlacionar dados experimentais de velocidade do som aos dados calculados pelas equações de estado de Peng-Robinson e Lee-Kesler com regras de mistura: (i) Spencer e Danner e (ii) Lee-Kesler / The discovery of oil reservoirs in the pre-salt layer has opened new perspectives for Brazilian economy. In deep waters, with high levels of CO2 and subjected to high pressures and temperatures, the oil exploration in the pre-salt layer is a considerable technological challenge. In this context, knowledge of compressibility coefficients and phase equilibrium data are essential for studying the thermodynamic behavior and flow in these oil fields. With this objective, experimental data were obtained for density and sound velocity in systems involving four pure hydrocarbons: n-decane, n-hexadecane, decalin and tetralin, as well as in multi-component systems involving these hydrocarbons, and in a sample of oil condensate. The results obtained allowed the calculation of isentropic, isothermal and isenthalpic compressibility coefficients. An evaluation on the ability to correlate experimental data of sound velocity with data calculated from Peng-Robinson and Lee-Kesler equations of state with mixing rules: (i) Spencer and Danner and (ii) Lee-Kesler is presented

[pt] Medidores do tipo ultrassônicos são calibrados para medição de vazão de um único fluido. Entretanto, ao extrair petróleo de um poço, a separação trifásica não é suficiente para separar totalmente a água do óleo e a medição de vazão indicada do fluido acaba sendo maior do que o mensurando devido à presença de água não contabilizada na mistura, o que muitas vezes acontece nos escoamentos dentro de tubulações. Foi desenvolvida uma metodologia para medição contínua e automática do teor de água na mistura óleo-água, medindo-se a velocidade do som, por medidores ultrassônicos que podem ser intrusivos ou não intrusivos (clamp-on) para medição de vazão que foram anteriormente instalados e compõem as malhas de processo das plantas de exploração e refino de petróleo, em conjunto com a determinação da velocidade do som e massas específicas da água pura e do óleo diesel. Este trabalho mostra uma redução da incerteza de medição quando a indicação da fração de água através da medição da velocidade do som na mistura óleo-água é diretamente relacionada a medições rastreáveis da fração de água e temperatura de uma mistura óleo-água previamente preparada e conhecida, que foi utilizada como sistema de calibração para medições do teor de água. A incerteza de medição calculada para medição da fração de água é de 0,25 por cento com um grau de confiança de 95,45 por cento, sendo obtida através de uma curva de ajuste dos dados em uma faixa de medição de 0 por cento - 2,5 por cento. A incerteza calculada é menor e, portanto, atende aos requisitos de medição fiscal (menor que 1 por cento) vigentes no país. / [en] Ultrasonic meters are calibrated for flowrate measurement of pure oil flows. However, the multiphase separation is not enough to totally separate water and oil and the indicated oil flow rate is larger than its true value when water is mixed with oil in the flow, as usual in pipeline flows. A methodology was developed to measure the water content of water-oil mixtures automatically, using the already measured speed of sound by installed intrusive or non-intrusive (clamp on type) ultrasonic meters for flowrate measurement. That measure together with the previously determined speed of sound and density of pure water and oil as a function of temperature, thus avoiding additional meters. This dissertation shows a reduction of the uncertainty of measurement when the meter indicated water-oil mixture speed of sound is directly related to the traceable measurements of water content and temperature of previously prepared water-oil mixtures, what turns out to be the meter calibration for water content measurement. Water content uncertainty value of 0.25 per cent, 95.45 per cent level of confidence, is obtained when curve fitting de data in the 0 per cent - 2.5 per cent range, that covers the fiscal measurement range (less than 1 per cent).

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A velocidade do som é uma propriedade que vem sendo cada vez mais utilizada em diferentes áreas tecnológicas. Além disso, a velocidade do som é uma propriedade termodinâmica que está associada a outras propriedades do meio como a compressibilidade isentrópica e isotérmica, entre outras. Neste contexto, muitos estudos foram realizados a fim de obter modelos precisos que possam representar fielmente a velocidade do som, sendo observados desvios absolutos médios entre 0,13 e 24,8%. Neste trabalho, um banco de dados de velocidade do som e massa específica à pressão atmosférica de n-alcanos, alcanos ramificados, n-alcenos, aromáticos, alcoóis, éteres e ésteres, foram compilados da literatura aberta. Utilizando estes dados e baseando-se no modelo de Wada por contribuição de grupo recentemente proposto, foi desenvolvido um novo modelo por contribuição atômica para predizer a velocidade do som de todas as famílias dos compostos investigados neste trabalho. É mostrado que o modelo proposto é capaz de prever a velocidade do som para os compostos destas famílias com desvios próximos da incerteza experimental calculada a partir de diferentes dados da literatura. Este trabalho também discute o efeito da ramificação das cadeias na constante Wada, ressaltando a importância de novas medições para este tipo de compostos. Além disso, observou-se que a literatura necessita de mais dados experimentais de velocidade do som, à pressão atmosférica e diferentes temperaturas para substâncias puras presentes em biodiesel e bio-óleo de pirólise rápida. Neste contexto, o presente trabalho fornece novos dados experimentais de velocidade do som e massa específica de cinco ésteres metílicos de ácidos graxos, também conhecidos como FAMEs, (caprilato de metila, caprato de metila, palmitato de metila, estearato de metila e linoleato de metila), e sete componentes puros presentes em bio-óleo de pirólise à pressão atmosférica, de vários fenóis (fenol, o-, m- e p-cresol), dois éteres fenólicos (2-metoxifenol e eugenol) e um éster fenólico (salicilato de metila), a temperaturas de (288,15-343,15) K. O modelo preditivo de Wada atômico foi utilizado para calcular a velocidade do som dos FAMEs estudados neste trabalho, e os desvios foram comparados com o modelo de Wada por contribuição de grupo. O modelo atômico de Wada foi utilizado para prever a velocidade do som dos componentes puros presentes no bio-óleo de pirólise rápida experimentalmente estudados nesta dissertação. Além disso, os dados de massa específica e velocidade de som foram correlacionados com o modelo de Prigogine-Flory-Patterson (PFP). As propriedades foram bem representadas pelo modelo PFP, no entanto, para a velocidade do som o modelo apresenta desvios sistemáticos na dependência com a temperatura. O desempenho do modelo preditivo de Wada atômico foi considerado satisfatório, devido os desvios observados serem compatíveis ou até menores do que os desvios típicos obtidos na literatura com outros modelos correlativos para o cálculo da velocidade do som de outras substâncias / Speed of sound is a property that is being increasingly used in different technological areas. Furthermore, the speed of sound is a thermodynamic property which is associated with other properties of the medium, such as isentropic and isothermal compressibility, among others. In this context, many studies were carried out to obtain accurate models that can faithfully represent the speed of sound, with average absolute deviations between 0.13 and 24.8%. In this work a database of speed of sound and density at atmospheric pressure for n-alkanes, branched alkanes, n-alkenes, aromatics, alcohols, ethers and esters were collected from the open literature. Using these data a Wada group contribution model recently proposed was used as basis for the development of a new atomic contribution model to predict speed of sound for all families of compounds investigated in this work. It is shown that the proposed model is able to predict the speed of sound for compounds of these families with deviations close to the experimental reproducibility. This work also discusses the effect of branching on the Wadas constant, pointing out the importance of new measurements for this type of compounds. It was also observed that the literature needs more experimental data of speed of sound at atmospheric pressure and different temperature for pure compounds present in biodiesel and fast pyrolysis bio-oil. In this context, this work provides new experimental data of speed of sound and density for five Fatty Acid Methyl Esters, also know FAMEs, (Methyl Caprylate, Methyl Caprate, Methyl Palmitate, Methyl Stearate and Methyl Linoleate), and seven pure components of pyrolysis bio-oil at atmospheric pressure for several phenols (phenol, o-, m- and p-cresol), two phenolic ethers (2-methoxyphenol and eugenol) and one phenolic ester (methyl salicylate) at temperatures ranging from (288.15 to 343.15) K. The predictive atomic Wada model was used to calculate speed of sound of FAMEs studied in this work, and the deviations were compared with group contribution Wada model. An extension of atomic Wada model was used to predict the speed of sound of pure compounds of fast pyrolysis bio-oil experimentally studied in this thesis. Furthermore, data of densities and speed of sound are correlated with the Prigogine-Flory-Patterson (PFP) model. The properties are well described by the PFP model, however the model presents a systematical deviation on the temperature dependency of the speed of sound. The performance of the predictive atomic Wada model was very satisfactory because its deviations are comparable to, or better than, those obtained in the literature with other models