Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-12-18Bitstream added on 2014-06-13T18:10:05Z : No. of bitstreams: 1 kiryu_hs_me_ilha.pdf: 2419349 bytes, checksum: 258056fdacb79f386b2e6b238dc26028 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Esta dissertação de mestrado traz à discussão o comportamento reológico de misturas formadas por água+colóides+detritos (areia fina), visando entender e esclarecer os processos físicos e mecânicos, tais como sedimentação e ressuspensão de materiais inertes no seio da massa fluida não-newtoniana (água+colóides), bem como verificar a validade ou adeqüabilidade do modelo reológico de Herschel-Bulkley (modelo previamente investigado e validado para misturas compostas de água+colóides) para misturas viscoplásticas com presença de grãos. A variação das propriedades reológicas das misturas, em função das características físicas dos grãos (diâmetro, massa específica e área superficial), é investigada, e um modelo de estimativa de tensão crítica é apresentado. Ademais foram realizados ensaios preliminares de escoamento de fluidos hiperconcentrados em canais inclinados, na tentativa de calibrar uma lei de atrito. Dentro dessas perspectivas, a dissertação é composta de 6 Capítulos com um denso Estado da Arte que descreve os fenômenos e mecanismos que regem os escoamentos desse tipo de compósito. Com base na literatura estudada e, a partir da análise dos resultados experimentais, pôde-se concluir que, para misturas compostas de água+colóides+detritos, o comportamento reológico das misturas é o mesmo que aquele do fluido intersticial (água+colóides), desde que a homogeneidade da mistura seja garantida (não ocorrência de sedimentação e ressuspensão sucessivas). Neste caso, o modelo reológico de Herschel-Bulkley continua sendo válido para explicar as curvas de escoamento ou de fluxo das misturas viscoplásticas com grãos. Para misturas que apresentem os fenômenos de sedimentação e ressuspensão, o modelo de Bagnold, adaptado a fluidos hiperconcentrados... / This work retakes the discussion about the rheological behavior of mixtures composed by water+ kaolinitic clay+fine sand in order to investigate the physical and mechanical processes such as sedimentation and suspension of inert materials into the non-Newtonian or interstitial fluid (water+colloids), as well as verify the adaptability of the Herschel-Bulkley rheological model (model previously investigated and validated for composed mixtures of water+ kaolinitic clay) for explain the viscoplastic+coarse materials rheological properties. The variation of the rheological properties of the mixtures in function of the coarse material characteristics (diameter, specific mass and superficial area) was investigated and a model predicting yield stress was proposed. Furthermore, some tests were performed in an inclined canal to determine a friction law for this kind of fluids. Inside of these perspectives, this dissertation is composed of 6 Chapters whit a dense State of the Art describing the phenomena and their mechanisms were pointed up. Based on literature and from the experimental results, one could concluded that the viscoplastic + coarse material mixtures behavior is the same of the interstitial fluid one, since that the homogeneity of the mixture is guaranteed (not occurrence of successive sedimentation and resuspension). In this case, Herschel-Bulkley rheological model is still valid to explain the curves of flow of the viscoplastic + coarse material. For mixtures that present the phenomena of sedimentation and resuspension, Bagnoldþs model, adapted to the hyperconcentrated fluids, describes well the variations of rheological parameters in function of the shear rates applied. Finally, it could be concluded that the experiments of free surface in canals, despite partial, can... (Complete abstract click electronic access below)

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2017-07-20T11:05:50Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3752282 bytes, checksum: 05ec02c81a4866e4202382045165f792 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-20T11:05:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3752282 bytes, checksum: 05ec02c81a4866e4202382045165f792 (MD5) Previous issue date: 2015-09-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Pressure drawdown in oil producing fields can lead to reservoir compaction, surface subsidence and cementation/casing failure. The study and understanding of these effects can imply financial and environmental risks reduction. In order to analyze and predict these problems some models were built using the finite element software ABAQUS due to its flexibility in treatment of geometry and topological heterogeneity, use of external routines and plugins. This study describes, through axisymmetric models, the influence of 'depletion' and "coefficient of friction" on reservoir compaction, surface subsidence, von Mises stresses in the casing and slip between cement/casing was analyzed. A central composite rotatable design (CCRD) 22 with four axial points and a center point was made to analyze the significance of the variables through the response surface method. In addition to the quantitative variables, as indicated, it was also analyzed the influence of qualitative variable type of reservoir rock. It was concluded that depletion is a significant variable for the answers "Mises stress", "reservoir compaction" and "subsidence" while the variable coefficient of friction is significant for the answers "Mises stress" and "slip." The type of reservoir rock influences directly the Mises stress, compaction and subsidence. For the same depletion more rigid is the rock, less is the von Mises stress, compaction and subsidence. Also to realize a reduction in the maximum active tension in the coating, for the same level of depletion, friction coefficient and type of reservoir rock when concentric coatings run, due to increased structural capacity. Also was realize, for the same level of depletion, friction coefficient and type of reservoir rock, a reduction in the maximum active stress in the casing, when was used concentric casings, due to increased structural capacity. / Em reservatórios subterrâneos de petróleo, a diminuição da pressão de poros devido à produção pode ocasionar a compactação do reservatório e a consequente subsidência da superfície, além de falhas na cimentação e no revestimento. O estudo e entendimento destes efeitos implicam na redução dos riscos econômicos e ambientais dos projetos de exploração. A fim de analisar e prever estes problemas foram construídos alguns modelos através do simulador de elementos finitos ABAQUS, devido à sua flexibilidade no tratamento da geometria e heterogeneidade topológica, uso de rotinas externas e plugins. Este estudo descreve, através de modelos axissimétricos, a influência das variáveis quantitativas depleção e coeficiente de atrito entre a formação rochosa e a pasta de cimento nas seguintes respostas: compactação do reservatório, subsidência da superfície, estado de tensões de von Mises no revestimento e deslizamento/abertura (falha adesiva) na interface formação rochosa-pasta cimentícia. Com o objetivo de tratar estatisticamente as respostas, foi realizado um delineamento composto central rotacional (DCCR) 22 com quatro pontos axiais e um ponto central, que possibilitou analisar a significância das variáveis através de superfícies de respostas. Além das variáveis quantitativas, já indicadas, foi analisada também a influência da variável qualitativa tipo de rocha reservatório. Concluiu-se que a depleção é uma variável significativa para as respostas tensão de Mises, compactação e subsidência, enquanto a variável coeficiente de atrito é significativa para as respostas tensão de Mises e deslizamento. O tipo de rocha reservatório influencia diretamente nas respostas tensão de Mises, compactação e subsidência. Quanto mais rígida a rocha, menor as tensões atuantes, compactação e subsidência para uma mesma depleção. Percebeu-se, também, uma redução na tensão máxima atuante no revestimento, para um mesmo nível de depleção, coeficiente de atrito e tipo de rocha reservatório, quando são executados revestimentos concêntricos, devido o aumento da capacidade estrutural.

Aços inoxidáveis austeníticos são materiais amplamente utilizados em sistemas que exigem elevadas resistências à oxidação e à corrosão. No entanto, quando em contato com outras superfícies, esses materiais possuem elevado coeficiente de atrito e baixa resistências ao desgaste. Uma alternativa para melhorar suas propriedades tribológicas é a utilização de lubrificantes sólidos adicionados em suas composições pela técnica de metalurgia do pó (M/P). Materiais como itria e boro têm se mostrado eficazes em melhorar as propriedades mecânicas e tribológicas de ligas Fe-Cr-Ni-Mo. Nesse contexto, o objetivo desse estudo foi avaliar o efeito da adição de boro e de itria na microestrutura e nas propriedades tribológicas de aços inoxidáveis austeníticos Fe-Cr-Ni-Mo obtidas por M/P. Foram preparadas amostras de 316L por M/P em quatro condições diferentes. Duas amostras, uma sem aditivo e outra com 0,6% p de boro adicionado à composição do 316L, foram processadas a pressão de compactação de 800 MPa e temperatura de sinterização de 1240°C. Além dessas, duas amostras, uma sem aditivo e outra com 1,0% p de itria adicionada à composição do 316L, foram processadas a pressão de compactação de 400 MPa e temperatura de sinterização de 1280°C. Determinou-se a composição química por espectrometria de emissão óptica, a microdureza Vickers, a microestrutura por MEV e EDS, o comportamento tribológico por ensaio de deslizamento alternado (coeficiente de atrito e coeficiente de desgaste específico) e por MEV e EDS (mecanismos de desgaste). Os resultados mostraram que a adição de boro aumenta significativamente a resistência ao desgaste dos materiais, devido à melhor densificação e à formação de fases duras (como boretos ricos em cromo e molibdênio) na sinterização. A adição de itria, mesmo com o aumento da dureza, diminui a resistência ao desgaste, pois dificultou a densificação devido a sua baixa interação com a matriz austenítica do material. O coeficiente de atrito se manteve em 0,8 para todos os materiais, o que indica que os aditivos não o influenciam e não atuam como lubrificantes sólidos. Os mecanismos de desgaste observados nas superfícies dos materiais desgastado foram os mecanismos por adesão e por reação triboquímica. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-10-06T13:28:30Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Francisco Lanferdini Serafini.pdf: 8038161 bytes, checksum: dcb2bed0b9667682b747c75e0bece6ec (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-06T13:28:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Francisco Lanferdini Serafini.pdf: 8038161 bytes, checksum: dcb2bed0b9667682b747c75e0bece6ec (MD5) Previous issue date: 2016-10-06 / Austenitic stainless steel materials are widely used in systems that require high oxidation resistance and corrosion resistance. However, in contact with other surfaces, these materials show a high coefficient of friction and a low wear resistance. An alternative to improve their tribological properties is the use of solid lubricants added in their composition by the powder metallurgy technique (P/M). Materials such as yttria and boron have shown an effective role in improving the mechanical and tribological properties of Fe-Cr-Ni-Mo alloys. In this context, this study aims evaluating the effect of boron and yttria additions on the microstructure and tribological properties of austenitic stainless steels Fe-Cr-Ni-Mo obtained by P/M. Samples were prepared with 0.6 wt% boron and 1wt% yttria, using compaction pressures of 400 MPa and 800 MPa, sintering temperature 1240°C and 1280°C, in argon atmosphere. The materials were characterized by chemical analysis (optical emission spectrometry), Vickers hardness and microstructural analysis (SEM and EDS). The coefficient of friction and the wear rate of the materials were obtained by means of reciprocating sliding tests. The wear mechanisms were evaluated by SEM and EDS. The results showed that the boron addition significantly increases the wear resistance of the material, due to the improved densification and the formation of hard phases (such as chromium-rich borides and molybdenum-rich borides) during sintering. However, even though with the increased hardness, the yttria addition decreases the wear resistance, due to the not favouring of the densification and the low interaction of yttria particles with the austenitic matrix. The coefficient of friction for all materials was about 0.8, i.e., and it was not influenced by the presence of additives in the composition. The predominant mechanisms on the worn surfaces of the materials were the adhesive wear and the tribochemical reaction wear (wear by particles oxidation).

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Road transport is extremely important for the development of Brazil and the increasing vehicular traffic in the transport of people gives an excessive dependence on roads. The quality of the road network of the country requires improvements to both structural aspects (resilience to the efforts required by traffic) as the functional in driving the vehicle, especially in terms of safety and acoustics, requiring the construction of increasingly discerning pavement and improved. Among the various types of asphalt blends, the asphalt blends of open type graded friction course (OGFC), presents some characteristics that serve as an alternative to the functional improvement of a pavement. In the present study verified the mechanical and functional behavior of five types of blends of OGFC to be used in construction of federal highways in Rio Grande do Sul, comparing with data from two Asphalt Concrete blends (AC) - (Range B and C). To determine the mechanical properties were used the tests resilient modulus (RM), tensile strength (RT) and testing Cântabro abrasion (PM), to investigate the functional properties were used sound absorption testing and hydraulic conductivity and finally to evaluate the structural contribution of the OGFC in flexible pavements a mechanistic analysis was carried out. The five OGFC mixtures were designated OGFC1, OGFC2, OGFC3, OGFC4 (with lime) and OGFC5 (with lime) and the mixtures of AC designated in ACB (Range B) and ACC (Range C). Samples OGFC and AC was determined the density parameters along with the volumetric properties, voids, empty bitumen ratio and other properties, being prepared with asphalt cements oil (CAP) 60/85 and CAP 55/75 respectively. In the test PM Cantabro it was observed that increasing the binder content leads to a consequent improvement in wear resistance. In RT assays, it was found that no peak maximum variable resistance trends in different amounts of binders, blends OGFC. In the RT assays, it was found that there are variable maximum strength values, in the different binder contents, in the OGFC mixtures. The RM test showed that the deformability of the blends increases as the amount of binder increases, and consequently decreases the value of RM, it being understood that the asphalt binder decreases the rigidity of the blends. The increase of temperature and decrease of charging frequency increases the deformability for all mixes for making a termosusceptivel behavior. In the sound absorption assay, the five OGFC blends exhibited fairly high absorption values with variations in peak absorption values between 0.90 and 0.98 between the 500 and 800 Hz frequency band. OGFC presented values of sound absorption higher than the values of dense asphalt mixtures found in the literature. The hydraulic conductivity test showed that the asphalt content directly influences the value of the hydraulic conductivity coefficient. With regard to the determination of the design content of the CPA blends, the only content that met all the specifications of the DNER-ES-386/99 standard was the 4% binder content. The OGFC1 mixture presented the best mechanical performance and the OGFC5 blend presented the best results from a functional point of view, but did not achieve good results from the mechanical point of view, presenting limit values required by standard DNER-ES-386/99. In relation to the values of deflection, horizontal deformation of traction and vertical deformation of compression, the OGFC caused a small contribution to the structure of the pavement generating a small decrease of these parameters. For the N of fatigue, a small contribution of the OGFC in the results of N of fatigue in the pavement was realized which took into consideration its use. / O transporte rodoviário é de extrema importância para o desenvolvimento do Brasil e pelo crescente aumento do tráfego de veículos no trasporte de pessoas confere-se uma dependência excessiva em relação às rodovias. A qualidade da malha viária do país requer melhorias, tanto aos aspectos estruturais (capacidade de resistência aos esforços solicitados pelo tráfego) quanto aos funcionais na condução do veículo, especialmente em termos de segurança e acústica, exigindo a construção de pavimentos cada vez mais criteriosos e aprimorados. Entre os diversos tipos de misturas asfálticas, a mistura asfáltica do tipo Camada Porosa de Atrito (CPA), apresenta algumas características que servem como uma alternativa para a melhoria funcional de um pavimento. No presente trabalho verificado o comportamento mecânico e funcional de cinco tipos de misturas de CPA que serão utilizadas em obras de rodovias federais do Rio Grande do Sul BR 158 e BR 285, confrontando com dados de duas misturas de Concreto Asfáltico (CA) - (Faixa B e C). Para investigar as propriedades mecânicas foram usados os ensaios mecânicos Módulo de Resiliência (MR), Resistência a Tração (RT) e o ensaio de Perda de Massa Cântabro (PM), para avaliar as propriedades funcionais foram usados os ensaios de absorção sonora e de condutibilidade hidráulica e por fim para avaliar a contribuição estrutural da CPA em pavimentos flexíveis realizou-se uma análise mecanística. As cinco misturas de CPA foram designadas em CPA1, CPA2, CPA3, CPA4 (com cal) e CPA5 (com cal) e as misturas de CA designadas em CAB (Faixa B) e CAC (Faixa C). Nas amostras de CPA e CA determinou-se os parâmetros de densidade juntamente com as propriedades volumétricas, volume de vazios, relação betume vazio e outras propriedades, sendo preparadas com ligante CAP 60/85 e CAP 55/75, respectivamente. No ensaio de PM Cântabro observouse, que um aumento no teor de ligante leva a uma consequente melhoria da resistência ao desgaste. Nos ensaios de RT constatou-se que há valores de resistência máxima variáveis, nos diferentes teores de ligantes, nas misturas de CPA. O ensaio de MR demonstrou que a deformabilidade das misturas aumenta ao passo que a quantidade de ligante aumenta, e consequentemente o valor de MR diminui, ficando claro que o ligante asfáltico diminui a rigidez das misturas. O aumento da temperatura e redução da frequência de carregamento aumenta a deformabilidade para todas as misturas por apresentarem um comportamento termosusceptível. No ensaio de absorção sonora, as cinco misturas de CPA apresentaram valores de absorção bastante elevado, com variações de valores do pico de absorção entre 0,90 a 0,98, entre a faixa de frequência de 500 a 800 Hz. As misturas de CPA apresentaram valores de absorção sonora maior que os valores de misturas asfálticas densas encontradas nas literatura. O ensaio de condutividade hidráulica demonstrou que o teor de asfalto e o volume de vazios influenciam diretamente no valor do coeficiente de condutividade hidráulica. Com respeito à determinação do teor de projeto das misturas de CPA, o único teor que satisfez todas as especificações da norma DNER 386/99 foi o teor de ligante de 4%. A mistura de CPA1 apresentou o melhor desempenho mecânico e a mistura de CPA5 apresentou os melhores resultados no ponto de vista funcional, porém não atingiu bons resultados no ponto de vista mecânico, apresentando valores limites exigido pela norma DNER-ES- 386/99. Em relação aos valores de deflexão, deformação horizontal de tração e deformação vertical de compressão, a CPA originou uma pequena contribuição para a estrutura do pavimento gerando uma pequena diminuição desses parâmetros. Para o N de fadiga, percebeu-se uma pequena contribuição da CPA nos resultados encontrados de N de fadiga nos pavimento os quais levou-se em consideração sua utilização.

O movimento relativo entre superfícies planas de contato são comuns a muitos projetos de engenharia. Na operação de muitos mecanismos identificam-se os problemas de atrito como um dos principais obstáculos para o êxito do funcionamento desses dispositivos. Neste trabalho avaliou-se a influência da pressão nominal de contato no atrito estático entre superfícies de aço ABNT 1020 e 1045 contra uma placa de vidro. As superfícies dos corpos de prova foram obtidas através do Processo de Fabricação por Usinagem Com Ferramenta de Geometria Não Definida – Retificação Plana Tangencial. Os corpos de prova foram constituídos de dois grupos: o Grupo A (tipo copo - ABNT1010) e do Grupo B (tipo Maciço - ABNT1045). Todas as superfícies foram caracterizadas quanto à rugosidade, utilizando-se um perfilômetro 3-D óptico sem contato. Para as medições do atrito estático foi utilizado um sistema plano inclinado, com automatização para detecção dos movimentos dos corpos de prova ao longo do tempo. Demonstrou-se que a pressão nominal não influencia os valores de coeficiente de atrito estático. Investigou-se a partir de então, um possível efeito da rugosidade no atrito. A partir dos parâmetros de rugosidade 3D foram calculados os momentos espectrais m0, m2 e m4, e o Parâmetro Largura de Banda, Alfa (α) que foi correlacionado com o coeficiente de atrito estático. Dentro dos parâmetros analisados: Sq, Sdq e Sds, o parâmetro Sq foi o que apresentou a maior discrepância entre os dados coletados. Com base na análise estatística de variância com nível de confiança de 5%, do parâmetro Sq, as amostras foram realocadas em 4 grupos para os quais foram calculados os Parâmetros Alfa. Considerando-se estes grupos de amostras, mostrou-se que o parâmetro alfa afetou o coeficiente de atrito estático, ou seja, quanto maior o parâmetro, maior o coeficiente de atrito estático. / The relative movement among flat surfaces in contact is common for many engineering projects. During the operation of many mechanisms, friction problems are identified as a main obstacle to the successful performance of them. In this study the influence of nominal pressure contact on static friction between steel surfaces (ABNT 1020 and 1045) and glass plate is evaluated. The specimens‘ surfaces were obtained by means of a manufacturing process classified as machining with undefined tool – tangential plane grinding. The specimens were constituted by two groups: the group A (type cup – ABNT1010) and the group B (type compact – ABNT1045). All specimens were characterized with respect to surface roughness, using a 3-D optical non-contact profilometer. For static friction measurements, an inclined plan system was used, with an automated detection of movements of specimens along time. The nominal contact pressure not has any effect on the values of static friction coefficient. Since then, a possible effect of surface roughness on friction was investigated. The spectral moments m0, m2 and m4, and the bandwidth parameter, Alpha (α), were calculated from the 3-D roughness parameters, and this latter was correlated with static friction coefficient. Within the analyzed parameters: Sq, Sdq and Sds, the Sq parameter presented the largest discrepancy within the sampling data. Based on the statistical analysis of variance, with a confidence level of 5%, of Sq parameter, the specimens were relocated into 4 groups, for which we calculated alpha parameter. Considering these groups, we demonstrated that the alpha parameter affected the static friction coefficient, that is, the higher this parameter, the greater the static friction coefficient.

Petrobrás / Tubos corrugados têm sido utilizados em vários cenários da engenharia como, por exemplo, em linhas flexíveis de transporte de petróleo no mar, onde sua instalação, manuseio e remoção, tornam o processo mais prático devido sua flexibilidade. Entretanto, escoamentos em tubos corrugados, em geral, estão sujeitos a um aumento da perda de carga, aumento da turbulência e a variações dos padrões de escoamento quando comparados ao escoamento normalmente observado em tubos de seção transversal constante. Nesse cenário, o presente trabalho apresenta um estudo numérico e experimental do escoamento turbulento em tubos corrugados com cavidades helicoidais para diferentes ângulos de hélice (ou passo) e números de Reynolds variando entre 7.500 e 100.000. O escoamento é modelado matematicamente a partir das equações de conservação da massa e do balanço da quantidade de movimento, considerando-se o fluido newtoniano e incompressível. Ao escoamento é aplicado o modelo de turbulência de duas equações Baseline Model. O sistema de equações resultante da modelagem matemática é discretizado utilizando o Método Numérico de Volumes Finitos baseado em Elementos (MVFbE), e resolvido através do programa computacional ANSYS-CFX. Para o estudo experimental, que concerne à medição do fator de atrito em geometrias equivalentes às estudadas numericamente, é realizado utilizando a bancada experimental já existente no LACIT/UTFPR. A partir dos resultados numéricos é proposta uma correlação para o fator de atrito, envolvendo parâmetros geométricos do tubo corrugado e número de Reynolds, com um desvio médio de 0,88%. Além disso, é estudada a influência da parede corrugada no comportamento de propriedades como os campos de velocidade, pressão, tensão e outras propriedades turbulentas. Da última análise, constatou-se que a mudança no padrão de escoamento próximo à cavidade é semelhante entre os aumentos do número de Reynolds e largura da cavidade, não apresentando mudanças qualitativas em respeito à variação do ângulo de hélice. / Corrugated pipes have been used in several branches in the engineering, e.g, in transport flex line of oil in sea, where its installation, handling and remotion, become the process more practice due its flexibility. However, flow in corrugated pipes, in general, are subjects to an increase of drop pressure, an increase in the turbulence and deviations in the flow pattern as compared to the flow usually observed in pipes with constant cross section. In this sense, the present work shows an study both numerically and experimental of turbulent flow in corrugated pipes with helical grooves for different helix angles (or pitch) and Reynolds numbers varying between 7.500 and 100.000. The flow is modeled mathematically by the mass conservation and momentum equations, assuming the fluid is Newtonian and incompressible. To the flow, is applied the turbulence model of two equations, Baseline Model. The system equations resulted from mathematical modelling is discretized by using the element-based finite-volume method approach, and solved through the ANSYS-CFX. For the experimental part, is measured the friction factor in geometries equivalent to those studied numerically, where is performed by using the experimental facilities located in the LACIT/UTFPR. With the experimental data and numerical results, an correlation for friction factor is proposed in function of the geometric parameters of the corrugated pipe and Reynolds number, with an average uncertainty 0.88%. Moreover, is studied the groove's influence in the behavior of properties like fields of pressure, velocity, and stresses among another turbulent parameters. From the last analysis, has shown that the flow pattern near to the grooves follows the same behavior when it increases the Reynolds number and the grooves width, not showing qualitative changes when the helix angle has been changed.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-06-14T20:06:09Z No. of bitstreams: 1 TiagoAlvesDeAlmeida_DISSERT.pdf: 4023553 bytes, checksum: 78962742727907f1310638eedf05cc38 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-06-15T23:24:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TiagoAlvesDeAlmeida_DISSERT.pdf: 4023553 bytes, checksum: 78962742727907f1310638eedf05cc38 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-15T23:24:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TiagoAlvesDeAlmeida_DISSERT.pdf: 4023553 bytes, checksum: 78962742727907f1310638eedf05cc38 (MD5) Previous issue date: 2015-12-17 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Agarramento em v?lvulas ? um problema muito comum em malhas de controle e geralmente ? a principal causa do mau desempenho de sistemas industriais. Os efeitos desta n?o linearidade mais comumente observados s?o oscila??es nas vari?veis de processo. Para contornar os efeitos indesej?veis, compensadores de atrito t?m sido propostos, com o objetivo de reduzir a variabilidade na sa?da. Neste trabalho ? analisada a compensa??o do atrito em v?lvulas de controle pneum?ticas por meio de uma t?cnica de lineariza??o por realimenta??o. O modelo da v?lvula utilizado inclui tanto zona morta quanto salto. Resultados de simula??o mostram que o uso desse modelo mais completo resulta em controladores com desempenho superior. O m?todo ? tamb?m comparado por meio de simula??es com o m?todo conhecido como Refor?o Constante (CR), bastante utilizado neste problema. / In control loops valve stiction is a very common problem. Generally, it is one of main causes of poor performance of industrial systems. Its most commonly observed effect is oscillation in the process variables. To circumvent the undesirable effects, friction compensators have been proposed in order to reduce the variability in the output. This work analyzes the friction compensation in pneumatic control valves by using feedback linearization technique. The valve model includes both dead zone and jump. Simulations show that the use of this more complete model results in controllers with superior performance. The method is also compared through simulations with the method known as Constant Reinforcement (CR), widely used in this problem.

Petrobrás / Tubos corrugados têm sido utilizados em vários cenários da engenharia como, por exemplo, em linhas flexíveis de transporte de petróleo no mar, onde sua instalação, manuseio e remoção, tornam o processo mais prático devido sua flexibilidade. Entretanto, escoamentos em tubos corrugados, em geral, estão sujeitos a um aumento da perda de carga, aumento da turbulência e a variações dos padrões de escoamento quando comparados ao escoamento normalmente observado em tubos de seção transversal constante. Nesse cenário, o presente trabalho apresenta um estudo numérico e experimental do escoamento turbulento em tubos corrugados com cavidades helicoidais para diferentes ângulos de hélice (ou passo) e números de Reynolds variando entre 7.500 e 100.000. O escoamento é modelado matematicamente a partir das equações de conservação da massa e do balanço da quantidade de movimento, considerando-se o fluido newtoniano e incompressível. Ao escoamento é aplicado o modelo de turbulência de duas equações Baseline Model. O sistema de equações resultante da modelagem matemática é discretizado utilizando o Método Numérico de Volumes Finitos baseado em Elementos (MVFbE), e resolvido através do programa computacional ANSYS-CFX. Para o estudo experimental, que concerne à medição do fator de atrito em geometrias equivalentes às estudadas numericamente, é realizado utilizando a bancada experimental já existente no LACIT/UTFPR. A partir dos resultados numéricos é proposta uma correlação para o fator de atrito, envolvendo parâmetros geométricos do tubo corrugado e número de Reynolds, com um desvio médio de 0,88%. Além disso, é estudada a influência da parede corrugada no comportamento de propriedades como os campos de velocidade, pressão, tensão e outras propriedades turbulentas. Da última análise, constatou-se que a mudança no padrão de escoamento próximo à cavidade é semelhante entre os aumentos do número de Reynolds e largura da cavidade, não apresentando mudanças qualitativas em respeito à variação do ângulo de hélice. / Corrugated pipes have been used in several branches in the engineering, e.g, in transport flex line of oil in sea, where its installation, handling and remotion, become the process more practice due its flexibility. However, flow in corrugated pipes, in general, are subjects to an increase of drop pressure, an increase in the turbulence and deviations in the flow pattern as compared to the flow usually observed in pipes with constant cross section. In this sense, the present work shows an study both numerically and experimental of turbulent flow in corrugated pipes with helical grooves for different helix angles (or pitch) and Reynolds numbers varying between 7.500 and 100.000. The flow is modeled mathematically by the mass conservation and momentum equations, assuming the fluid is Newtonian and incompressible. To the flow, is applied the turbulence model of two equations, Baseline Model. The system equations resulted from mathematical modelling is discretized by using the element-based finite-volume method approach, and solved through the ANSYS-CFX. For the experimental part, is measured the friction factor in geometries equivalent to those studied numerically, where is performed by using the experimental facilities located in the LACIT/UTFPR. With the experimental data and numerical results, an correlation for friction factor is proposed in function of the geometric parameters of the corrugated pipe and Reynolds number, with an average uncertainty 0.88%. Moreover, is studied the groove's influence in the behavior of properties like fields of pressure, velocity, and stresses among another turbulent parameters. From the last analysis, has shown that the flow pattern near to the grooves follows the same behavior when it increases the Reynolds number and the grooves width, not showing qualitative changes when the helix angle has been changed.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Surface texturing can be used to improve the tribological performance of mechanical contacts, in particular in the case of lubricated systems. The purpose of this work is to improve an alternative method for surface texturing based on electrochemical machining. Electrochemical dissolution combines high speed, good reproducibility and high cost-benefit ratio, which are important factors when an industrial application of surface texturing is pursued. Since the area to be textured is not required to be masked, the technique is optimized, without the need of a pre or post treatment of each surface. Another nonconventional machining technique, Electrical Discharge Machining (EDM), was used to drill microholes in the cover of the tool that will be used in the microtexturing operations. The pattern of microholes in the tool is copied onto the workpiece through the action of electrochemical dissolution. The improvement of the electrochemical texturing technique was achieved with the design of an electronic circuit with a data acquisition system and of an electrochemical cell and with the specification of the electrolyte pumping system, which improved the surface finish of the textured workpiece, as well as with the development of tools that made possible the confection of different microtexture patterns. In the electrochemical cell, the tool material was AISI 230 ferritic stainless steel and the workpiece material was carbon steel AISI 1010o. Sodium Chloride was chosen as the electrolyte tool makes the electrical contact between the electrodes. During the electrochemical texturing tests, the effect of important parameters such as the gap between electrodes, the applied voltage and the total texturing time were evaluated, and the best values found were a gap of 100 mm, a voltage between 30V and 40V and a texturing time between 20s and 60s. Different texturing patterns were obtained with good results, including dots, trace-dots and chevrons. A tribological test showed a reduction in friction and wear of a textured surface lubricated with MoS2, when compared with a smooth surface. / A texturização superficial pode ser utilizada para melhorar o desempenho tribológico de contatos mecânicos, em particular em regimes lubrificados. O presente trabalho tem o objetivo de aprimorar uma metodologia alternativa para a texturização de superfícies baseada em princípios de usinagem eletroquímica. A dissolução eletroquímica alia rapidez, reprodutibilidade e elevado custo-benefício, que são extremamente importantes quando se visa a aplicação da microtexturização em escala industrial. O não mascaramento da área a ser texturizada otimiza a técnica, dispensando um tratamento prévio e posterior de cada superfície. Uma técnica também não convencional de usinagem, a eletroerosão, foi utilizada para a microfuração da tampa da ferramenta a ser usada na microtexturização. O padrão de microfuração da ferramenta é copiado à peça pela ação da dissolução eletroquímica. O aprimoramento da técnica de texturização eletroquímica foi acompanhado pelo projeto de um circuito eletrônico com sistema de aquisição de dados, de uma célula eletroquímica e pelo dimensionamento de um sistema para bombeamento e fluxo de eletrólito, que permitiram uma melhora no acabamento superficial das peças microtexturizadas, além do desenvolvimento de ferramentas que viabilizaram a confecção de diferentes padrões de microtexturização. Na célula de texturização eletroquímica, o material da ferramenta foi o aço inoxidável ferrítico AISI 430 e o da peça foi o aço carbono 1010. O eletrólito escolhido para promover o contato elétrico entre os eletrodos foi o NaCl. Durante a texturização eletroquímica foram avaliados parâmetros importantes como o distanciamento entre eletrodos, a tensão aplicada e o tempo total de texturização, sendo que os melhores resultados foram obtidos para um distanciamento de 100 mm, uma tensão de 30 a 40 V e um tempo de texturização entre 20 e 60 s. Foram texturizados ainda padrões com formatos de ponto, traço-ponto e V , obtendo-se bons resultados. Um teste tribológico mostrou uma redução do atrito e uma diminuição do desgaste de uma superfície texturizada lubrificada com MoS2, quando comparada com uma superfície lisa. / Mestre em Engenharia Mecânica

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Neste trabalho um novo microtribômetro capaz de fazer uma análise visual da superfície de desgaste foi desenvolvido a fim de estudar atrito e desgaste em ensaios de deslizamento com movimento alternado em baixas cargas. Um atuador piezelétrico e um sistema programável permitem o controle da força normal durante o ensaio, uma célula de carga tridimensional é responsável pela medição contínua de carga normal e da força de atrito e um sensor LVDT acoplado ao equipamento mede a posição da amostra durante os ensaios. A alta taxa de aquisição de dados, característica desse sistema, permite a geração de mapas de triboscopia 3D, onde as cores quantificam o coeficiente de atrito em função da posição dentro da marca de desgaste e do número de ciclos. Adicionalmente, um microscópio óptico, montado no pórtico, captura periodicamente imagens em uma determinada posição da marca de desgaste, mostrando a evolução dos eventos observados durante o processo. A frequência do movimento pode variar entre 0,03 - 2,0 Hz e a força normal aplicada 0,3 - 13 N. Com a finalidade de validar esse dispositivo, o coeficiente de atrito, os mecanismos de desgaste e o volume desgastado foram comparados com os ensaios realizados em um tribômetro comercial e, para tanto, foi utilizado um aço VC10 revestido quimicamente cm níquel químico como amostra. Em ambos os tribômetros, os parâmetros de frequência, força normal e amplitude foram definidos com 2,0 Hz, 9,81 N e 10 mm, respectivamente. O contracorpo utilizado foi uma esfera de aço SAE 52100 com 5,0 mm de diâmetro. Os resultados mostraram que este novo microtribômetro fornece mecanismos de desgaste, coeficiente de atrito e volume desgastado semelhantes quando comparado ao tribômetro comercial, garantindo uma boa confiabilidade para ensaios tribológicos. Após a validação do equipamento, mapas de triboscopia e capturas de imagens foram utilizados para monitorar e analisar a evolução das trilhas de desgaste produzidas durante os ensaios de deslizamento alternado. / A new microtribometer capable of performing an optical analysis of the wear interface was developed in order to study friction and wear in low load reciprocating sliding wear tests. A piezoelectric actuator and a programmable system allow normal force control during the test. A tridimensional load cell is responsible for continuous measurement of normal load and frictional force. An LVDT sensor coupled to the sample driving apparatus measures the position of the sample during testing. This system’s characteristic high data acquisition rate allows the generation of 3D triboscopy maps, in which the colours quantify the friction coefficient according to the position within the wear mark and the number of cycles. Furthermore, an optical microscope mounted in the portico periodically captures images in a particular wear mark position showing the evolution of the events observed during the wear process. The frequency of the movement may vary between 0.03 to 2.0 Hz and the normal load applied from 0.3 to 13 N. In order to validate this device the friction coefficient, the wear mechanisms and the worn volume were compared with tests performed in a commercial tribometer. A VC10 steel chemically coated with nickel was used as sample. In both tribometers the frequency, load and amplitude parameters were set as 2.0 Hz, 9.81 N and 10 mm respectively. The counterbody was an AISI 52100 steel ball with 5.0 mm diameter. Results showed that this new microtribometer provides similar wear mechanisms, friction coefficient and worn volume when compared to the commercial tribometer, ensuring good reliability for tribological tests. After the equipment validation, triboscopy maps and image captures were used to monitor and analyze the evolution of the wear tracks produced during the sliding reciprocating tests. / Dissertação (Mestrado)