[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo teórico-experimental da propagação de perturbações acústicas num escoamento de ar, em regime turbulento e subsônico, no interior de um duto circular (comprimento 3000mm, diâmetro 50,8mm). Introduziram-se perturbações senoidais no escoamento, por intermédio de um alto-falante colocado na parede de uma câmara de estabilização, situada a montante do tubo de teste. Estudou-se a propagação da onda ao longo do escoamento e os efeitos da mesma nas distribuições de pressão, de velocidade e de intensidade de turbulência. Realizaram-se experimentos, em regime hidrodinâmico caracterizado por um número de Reynolds 70000, introduzindo perturbações acústicas no escoamento correspondentes à primeira e segunda frequências de ressonância do tubo, respectivamente, 56Hz e 112Hz (números de Strouhal 0,13 e 0,26). A 56Hz, a intensidade da perturbação acústica foi 3 por cento (valor eficaz da onda de velocidade, na frequência de perturbação, na entrada do tubo, normalizada na velocidade média na seção de entrada no centro do tubo); a 112Hz aplicaram-se duas intensidades de perturbação, 3 por cento e 18 por cento. Em várias posições ao longo do tubo, foram medidos, entre r/R=0 e r/R=0,96, os perfis transversais da velocidade média temporal, da intensidade da turbulência e do componente de onda. A distribuição de pressão foi medida por intermédio de tomadas de pressão posicionadas ao longo da parede do tubo. Foi estudada, teoricamente, a propagação da onda ao longo do tubo, considerando um modelo sem dissipação e, outro, com dissipação. Os resultados experimentais confirmaram as estimativas de dissipação baseadas no modelo, segundo as quais, nas condições do caso estudado (designadamente para a faixa de frequências de perturbação consideradas, e comprimento do tubo da ordem do comprimento de onda), a dissipação tem um efeito bastante moderado na propagação da onda. Nestas condições, grande parte dos aspectos do comportamento da onda é interpretada a partir do modelo sem dissipação, que mostrou boa concordância com os resultados experimentais. O modelo com dissipação permitiu interpretar alguns aspectos essencialmente ligados à dissipação, designadamente o comportamento da onda na vizinhança da ressonância e os perfis transversais da onda de velocidade, e interpretar as razões da validade aproximada, no caso estudado, no modelo sem dissipação. As diferenças entre o comportamento previsto pelos modelos apresentados e os resultados experimentais foram da ordem de grandeza dos erros de medida. Com base na análise efetuada, afigura-se que, para as condições estudadas, nem as estruturas de turbulência afetam significativamente a onda acústica, nem as perturbações acústicas impostas afetam significamente as características do escoamento turbulento (velocidade média temporal, intensidade de turbulência e distribuição de pressão estatística). Afigura-se, assim, que uma aproximação linear, baseada na técnica da superposição, usada nos modelos teóricos apresentados, é apropriada para descrever o escoamento turbulento resultante da aplicação da perturbação acústica. / [en] In this work, it is presented a theoretical-experimental study of acoustic perturbations propagation, in turbulent, subsonic, air flow in a circular pipe (lenght: 3000mmm; diameter: 50,8mm). Sinusoidal perturbations were introduced in the flow, by means of a loud-speaker, placed at the wall of a settling chamber, upstream of the test pipe. The wave propagation along the flow was studied, as well as its effects on pressure, velocity and turbulance intensity distributions. The experiments were conducted at flow Reynolds Number 70000, introducing acoustic perturbations corresponding to the first and second resonant frequencies of the pipe, namely 56Hz and 112Hz (Strouhal Numbers 0.13 and 0.26). At 56Hz the intensity of the acoustic perturbation was 3 percent (r.m.s. value of the wave component of the velocity, at the perturbation frequency, at the pipe entrance, normalized by the pipe entrance centerline mean velocity); at 112Hz two perturbation intensities were applied: 3 percent and 18 percent. The mean velocity, turbulance intensity and wave component profiles were measured at several stations along the pipe, between r/R=0 and r/R=0,96. The wave propagation along the pipe was theoretically studied. Two models were considered, a model without dissipation and a model with dissipation. The experimental results confirmed the dissipation estimates based on the model, and have shown that, for the studied case conditions (namely for the frequency range considered, and pipe lenght of the order of the wave lenght), the dissipation has a moderate effect on the wave propagation. So, a great part of the wave behavior is a interpreted on the basis of the model without dissipation, that has shown good agreement with the experimental results. The model with dissipation allows to intepret some aspects strongly connected with dissipation, namely the wave behavior in the vicinity of the ressonance and the transversal profiles of the wave component of the velocity, in the studied case, of the model without dissipation. The differences between the behavior forseen by the presented models, and the experimental results, were of the order of magnitude of the measurement errors. According to the analysis performed, it appears that, for the studied conditions, neither the turbulance structure significantly affects the acoustic wave, nor the acoustic perturbations significantly affect the turbulent flow characteristics (mean velocity, turbulance intensity and pressura distribution). So, it appears that, a linear approach, based on a superposition technique, used in the presented theoretical models, is adequate to describe the overall disturbed turbulent flow.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T03:24:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:17:00Z : No. of bitstreams: 1 139270.pdf: 21041851 bytes, checksum: 2bef7da873cf7d748671cfe0644af791 (MD5)

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T03:39:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:04:45Z : No. of bitstreams: 1 140044.pdf: 28854372 bytes, checksum: 5a1cc766103148dda01e48fdc863c824 (MD5)

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Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / As propriedades mecÃnicas de nano e micro sistemas tÃm motivado muitos estudos com o objetivo de entender como a interaÃÃo mecÃnica afeta os materiais em pequenas dimensÃes. A nanoindentaÃÃo foi desenvolvida no inÃcio dos anos 1970 e à amplamente usada para extrair propriedades mecÃnicas de materiais, como por exemplo, o mÃdulo de Young. Tem-se observado que modelos matemÃticos clÃssicos da mecÃnica do contato com base no contato Hertziano (derivado do contato elÃstico semi-infinito) nÃo descrevem adequadamente os campos de tensÃo e deformaÃÃo devido aos efeitos do substrato e tamanho do indentador. Esse trabalho tem por objetivo adaptar o modelo proposto por Hertz para simular o contato entre indentadores com uma superfÃcie de espessura finita. O mÃtodo de elementos finitos (MEF) foi utilizado para modelar as geometrias do contato esfÃrico e cÃnico, permitindo a investigaÃÃo da resposta mecÃnica desses contatos por simulaÃÃes de indentaÃÃo computacional. Os dados obitidos pelo MEF permitiram o ajuste do modelo de Hertz e fatores de correÃÃo foram incluidos para levar a informaÃÃo da espessura da amostra e assim melhorar o entendimento do efeito do substrato em nanoindentaÃÃes. Esses ajustes do modelo de Hertz em conjunto com os dados experimentais de microscopia de forÃa atÃmica sÃo importantes no estudo das propriedades mecÃnicas de materiais biolÃgicos, pois fornece a possibilidade de obter dados quantitativo e qualitativos a respeito do comportamento elÃstico de sistemas em pequena escala.

Orientador: Jacobus W. Swart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T18:27:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alcantara_GlaucioPedrode_M.pdf: 1079087 bytes, checksum: afc69d32771f7a3060b934cb3fcabca4 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho de dissertação apresenta o estudo e projeto dos elementos que compõem um sensor de gases baseado na tecnologia de Onda Acústica de Superfície (SAW), tais como, o oscilador colpitts SAW e um ressonador SAW de uma porta, os quais estão na malha de realimentação de um amplificador. Foi realizado também a deposição de diferentes espessuras de filme fino de TiO2 sobre o sensor, a fim de se estudar o efeito da atenuação da SAW na fronteira entre o cristal e o filme. É mostrado que atenuação da SAW acontece no filme na fina camada de aproximadamente 500 angstroms de espessura. A dependência de espessura com a mudança de freqüência e com fator Q do oscilador SAW e ressonador são apresentados, bem como a ssensitividade de massa do ressonador SAW para o filme de TiO2. Um modelo de oscilador SAW usando 2 caminhos acústicos, de melhor sensitividade que aquele de modo simples, foi estudado e proposto / Abstract: This thesis presents the study and design of the elements which compose a gas sensor based on Surface Acoustic Wave technology, such as, SAW Colpitts oscillator and the SAW one-port resonator that are presents in the feedback loop of an amplifier. It was done deposition of TiO2 thin film different thickness on the sensor, in order to study the effect of SAW attenuation on the border between the crystal and the film. It is shown that SAW attenuation takes place in the film in thin layer of about 500 angstroms thickness. Thickness dependence of frequency shift and Q-factor of SAW oscillator and resonator, as well as, the mass sensitivity of SAW resonator to TiO2 film are presented. The model of SAW oscillator which uses two acoustic paths, has been studied and proposed. / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] Em poços de petróleo, uma boa cimentação é fundamental para garantir o suporte estrutural do revestimento e isolar o poço de águas subterrâneas. A alteração das propriedades e o surgimento de defeitos no cimento podem levar a vazamentos e danos ambientais. Durante a desativação e o abandono do poço em operações conhecidas como P&A (Plug & Abandonment), é necessário avaliar a condição do cimento assim como a identificação de possíveis defeitos. Desde 1950, ferramentas de perfilagem acústica capazes de analisar a condição do cimento vem sendo desenvolvidas e aprimoradas. As ferramentas mais famosas foram a Cement Bond logging Tools (CBT), baseada na técnica de operação CBL (Cement Bond Logging) e VDL (Variable Density Logging), e a Cement Evaluation Tools (CET). Contudo, essas ferramentas foram projetadas para operar somente em configurações com um único revestimento e sem a coluna de produção. Remover a coluna de produção é um processo caro, por isso, um desafio na indústria que permanece até os dias atuais é a criação de uma ferramenta capaz de operar em poços sem a necessidade de se remover a coluna de produção visando a redução dos custos do processo, ou em poços que possuem múltiplos revestimentos. Nos últimos anos muitas patentes e artigos tem sido publicados abordando esse mesmo tema. Este trabalho possui como motivação analisar a eficiência da utilização de ondas ultrassônicas guiadas em poços com multicamadas para detecção de defeitos presentes na camada de cimento. Para isso, primeiramente se realizou uma vasta pesquisa bibliográfica buscando identificar os tipos mais frequentes de defeitos existentes, o princípio de funcionamento das principais ferramentas comerciais existentes e os avanços das pesquisas na fronteira do conhecimento desse assunto. Modelou-se a partir da teoria de ondas e de suas equações analíticas o poço estudado, encontrando as equações de dispersão que regem o problema. Desenvolveu-se um código analítico-numérico capaz de resolver essas equações e de obter as curvas de dispersão. Além disso, analisou-se como os defeitos e suas variações afetam as curvas de dispersão, identificando os comportamentos característicos para cada caso. Posteriormente, a distribuição da energia, obtida a partir do vetor de Poynting no poço, foi usado afim de se investigar os modos que concentram a energia na camada de cimento. Para o caso sem a coluna de produção, concluiu se que os melhores modos de excitação estão em alta frequência, pois a energia se concentra no cimento. Já para o caso com a coluna de produção, encontrou-se que na frequência de 30,13 kHz a uma vagarosidade de 726,5 us/m a energia está praticamente toda concentrada no cimento o que é interessante para se analisar defeitos apenas no cimento e que em 39,17 kHz e 507 us/m a energia está distribuída entre o cimento e a coluna de produção, sendo interessante para analisar defeitos que envolvam ambos. / [en] In oil wells, a good cementation is essential to guarantee the structural support of the casing and isolate the well from groundwater. The variations in the material properties and the presence of defects in the cement can lead to leaks and environmental damage. During the deactivation and abandonment of the well in P&A operations (Plug & Abandonment), it is necessary to evaluate the cement condition as well as investigate possible defects. Since 50 s, cement bond logging tools capable of analyzing the cement condition have been developed and improved. The most famous tools were Cement Bond Logging Tools (CBT), based on CBL (Cement Bond Logging) and VDL (Variable Density Logging) operation technique and the Cement Evaluation Tools (CET). However, these tools were designed to operate only in single-casing set, without the tubing. Remove the tubing is an expensive process, so a challenge in the industry that remains open is the creation of a tool capable of operating in wells with tubing in order to reduce process costs or in wells that have multiple casings. In recent years, many patents and scientific paper have been published on the same topic. This work analyzes the effectiveness of the use of guided ultrasonic waves in multilayer wells to detect defects present in the cement layer. To this end, a vast bibliographic search was first carried out in order to identify the most frequent types of existing defects, the principle of operation of the main commercial tools and the advances in research on this subject. The well studied was modelled from analytical equations of the elastic wave theory, aiming at the dispersion equations that govern the problem. An analytical-numerical code was developed capable of solving these equations and obtaining the dispersion curves. Furthermore, it was analyzed how the defects and their variations affect the dispersion curves, identifying the characteristic behaviours for each case. Subsequently, the energy distribution, obtained by the Poynting vector, in the well was used in order to investigate the modes that concentrate the energy in the cement layer. For the single-casing, it was concluded that the best excitation modes were those with high frequency, because the energy is concentrated in cement. For through-tubing case, it was found that at a frequency of 30.13 kHz and a slowness of 726.5 us/m, the energy is virtually completely concentrated in cement, which is interesting to analyze defects present only in cement layer and that at 39.17 kHz and 507 us/m the energy is distributed between cement and tubing, being interesting to analyze defects that involve both layers.