Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2572_1.pdf: 2761232 bytes, checksum: 1922d7380fdb1a145c6404aa71c7a9b2 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis / A Deposição de parafina é um sério problema na produção e no transporte de petróleo pesado, causando um grande aumento nos custos destas operações. Transportandose óleo parafínico através de dutos submetidos a temperaturas ambiente baixas este perderá calor pelas paredes do duto e o processo de formação e de deposição de cristais de parafina será iniciado na parte interna do mesmo, este fenômeno poderá acarretar gastos energéticos de bombeamento, decréscimo da produção e riscos ambientais de vazamento. A influência do modelo termodinâmico de deposição de parafinas e das condições de operação do transporte é avaliada na determinação do perfil de depósito. Os modelos termodinâmicos simulados apresentam validação experimental tanto como os perfis dinâmicos de deposição com dados experimentais extraídos da literatura. Foi desenvolvida ainda uma interface gráfica para o simulador computacional, concebida em ambiente MATLAB de modo a facilitar a simulação do processo de deposição da parafina no escoamento em duto circular em regime laminar

[pt] Este trabalho tem por objetivo investigar o efeito de dutos troposféricos nas ligações em visibilidade. O modelo matemático desenvolvido para analisar o problema é baseado na ótica geométrica. Através desta formulação é possível estimar a influência dos parâmetros de uma ligação (distância e altura das antenas) e da estrutura dos dutos no comportamento do sinal recebido. O modelo matemático é aplicado na interpretação das medidas experimentais de um enlace onde os dados meteorológicos disponíveis indicaram uma forte evidência de formação de dutos de superfície na região. A conclusão final mais importante do trabalho é a sugestão do emprego de diversidade em espaço para aumentar a confiabilidade do sistema. / [en] This work deals with the effect of tropospheric ducts in line-of-sight links. The mathematical model used is based on the geometrical optics. Through this formulation it is possible to estimate the influence of link parameters (distance and antenna heigths) and duct structure on the behaviour of the received signal. The mathematical model is applied to explain experimental data from a link where mereorological conditions have shown a strong evidence of surface duct formation. The most important final conclusion is the recommendation to use space diversity as a solution to improve system realiability.

Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, Edson Yoshihito Nakagawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T01:57:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AndradeJunior_PauloHorade_M.pdf: 39117178 bytes, checksum: 0cf9d815238538a88d4db6a4c0f9cca4 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Foi pesquisado o escoamento ascendente, concorrente, padrão pistonado de ar com água e de ar com goma xantana, através de duto de seção anular concêntrica, nas posições horizontal, vertical e em cinco outras inclinações. O objetivo foram as medição das velocidades das bolhas de Taylor e a comparação como modelo de Zuber & Findlay. Um aparato foi projetado e construído. Consiste de um trecho de 4,5 m de dutos, limitado por duas válvulas esfera, formando a seção de testes. Esta faz parte de um duto anular concêntrico de 9 m de comprimento, formado por um tubo exterior ("casing") com diâmetro interno de 77,2 mm e por um tubo interior ("tubing") com 42,2 mm de diâmetro externo O aparato pode ser inclinado e fixado em várias diferentes posições, de acordo com o ângulo desejado. As velocidades superficiais das fases líquida e gasosa, assim como as frações de vazio, são medidas e plotadas no gráfico de Zuber & Findlay. Os coeficientes angulares Co, oriundos das retas de ajuste, são expostos em função da inclinação e tais curvas são comparadas com algumas publicações. É testada também a correlação de Hewitt, para o cálculo da fração de vazio a partir das velocidades superficiais e das propriedades das fases. Foram usadas as mesmas faixas de velocidades superficiais, nos escoamentos ar-água e ar-xantana, em cada uma das inclinações, possibilitando assim, a comparação dos resultados e a observação da influência das propriedades reológicas. Os resultados obtidas na inclinação vertical são comparados com a correlação de Khatib & Richardson / Abstract: Air-water and air-Xanthum Gum mixture in upward co-current slug flow through concentric annuli are experimentally studied in horizontal, vertical and five other inclinations. The goal is the determination of Taylor bubble velocity using electrical resistivity sensors for direct measurements and quick-closing ball valves for indirect measurements. A flow system consisting of a 4,5 m long test section, limited by two ball valves was designed and built. It is part of a 9 m long concentric annulus with 77,2 mm inside diameter casing (external pipe) and 42,2 mm outside diameter tubing (internal pipe). The whole system can be fixed in several positions, according to the inclination angle desired. The superficial velocities for air and liquid phases are controlled, the volumetric void fractions are measured and the slug veiocities are calculated and plotted against the mixture superficial velocities and compared with Zuber & Findlay mode!. The slop coefficients Co, found by linear regressions, are studied as a function of the inclination and compared with other publications. Hewitt's correlation for the void fraction as a function of the superficial velocities and the fluid properties is tested. For each inclination angle, tests were run both with air-water and air-Xanthum Gum solution using the same superficial velocity ranges, for comparison purposes and identification of the influence of rheological properties. For vertical flow, Khatib & Richardson correlation is compared with the results / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

[pt] Este trabalho trata do problema da propagação à longa distância por dutos troposféricos, sendo usado um modelo bi-linear para caracterizar a variação do índice de refração com a altura. Apesar da complexidade matemática, os resultados teóricos são de grande utilidade para uma análise qualitativa deste mecanismo de propagação. Entretanto, sob o ponto de vista quantitativo, tanto pela idealização da formulação teórica, como pela dificuldade de calcular numericamente as expressões resultantes, o mesmo não acontece. Assim, é imprescindível que se disponha de dados experimentais para complementar as informações que podem ser obtidas através do modelo matemático. / [en] This work considers the propagation problem in long distances by tropospheric ducts. A bi-linear model is used in order to characterize the refraction index variation as a function of height. Inspite of the mathematical sophistication, the theoretical results are vey useful in perfoming a qualitative analysis concerning this propagation scheme. On the other hand, by a quantitative viewpoint, the same is not true; and this is due to the idealization of theorectical formulation, as well as the dificulty of numerical implementation of resultant expressions. In this way, it is definitely necessary to have access to expressions. In this way, it is definitely necessary to have access to experimental data to complement the information supplied by the mathematical model.

A maior parte do ruído de aeronaves é advinda dos motores. Como houve grande avanço no controle do ruído tonal, atualmente grande parte do esforço se dá para redução do ruído de banda larga, que é menos compreendido. O ruído de banda larga é gerado pela interação entre um escoamento turbulento e uma superfície, como por exemplo, a turbulência ingerida interagindo com o rotor, o escoamento na ponta das pás, entre outros. Apesar das diversas fontes citadas, sabe-se que a principal fonte de ruído de banda larga em tal tipo de motor é a interação da esteira turbulenta do rotor com as aletas da estatora. Assim, o presente estudo manterá seu enfoque apenas em tal causa. O objetivo deste então é o desenvolvimento de um modelo capaz de previsão do ruído de banda larga pela interação da esteira turbulenta causada pelo rotor, interagindo com as aletas da estatora, bem como o entendimento da propagação do ruído em duto. A primeira abordagem em relação a tal tipo de ruído é através da previsão do ruído gerado. Para previsão de ruído podem ser utilizados métodos analíticos, numéricos, ou empíricos, cada qual com suas vantagens e penalizações. Para tal, foi utilizado um método semi-analítico, em tais métodos utiliza-se simulação numérica para previsão da característica da turbulência e uma teoria analítica para a geração e propagação do ruído no duto. A principal motivação para o método semi-analítico é sua vantagem em relação aos métodos numéricos que demandam custo computacional extremamente alto e vantagem em relação a métodos analíticos que necessitariam uma demasiada simplificação geométrica. Dessa maneira, utilizou-se a geometria do ANCF, uma plataforma de ensaios desenvolvida pela NASA, onde havia geometria e resultados divulgados, tornando possível a verificação dos resultados obtidos. Os resultados mostram que as tendências capturadas são condizentes com o esperado, e então com um tempo relativamente baixo, de maneira prática, é possível a previsão do ruído de interação e sua propagação em dutos nos motores turbofans. / The major noise source in aircraft is the engine. Since tonal noise control is well developed, the current effort concentrates on broadband noise reduction, which is less understood. The broadband noise is generated when a turbulent flow interacts with a surface as, for example, rotor blade tip flow, boundary layer and the rotor interaction. Although there are different sources of broadband noise it is known that the major broadband source in turbofan engine is the rotor turbulent wake interacting with the stator vanes. This study is focused in that source of noise and the goal is to develop a model capable of predicting the rotor/stator interaction noise as well as in duct noise propagation. Noise prediction can be carried out by analytical, numerical or empirical methods, each one with advantages and disadvantages. In the present work the semi-analytical method was used. Turbulence characteristics were estimated by a numerical method and the noise generation and duct propagation was estimated by an analytical method. The biggest advantage comparing with the numerical methods is that this method is less time consuming. A purely analytical method would require excessive geometric simplification. The ANCF, a rig developed by NASA was used as basis for the simulations, since its geometry and noise data are available. The results show that the correct trends are consistently captured. So it is concluded that it is possible to predict the broadband noise and its propagation in turbofans engines with a practical and low cost method.

A maior parte do ruído de aeronaves é advinda dos motores. Como houve grande avanço no controle do ruído tonal, atualmente grande parte do esforço se dá para redução do ruído de banda larga, que é menos compreendido. O ruído de banda larga é gerado pela interação entre um escoamento turbulento e uma superfície, como por exemplo, a turbulência ingerida interagindo com o rotor, o escoamento na ponta das pás, entre outros. Apesar das diversas fontes citadas, sabe-se que a principal fonte de ruído de banda larga em tal tipo de motor é a interação da esteira turbulenta do rotor com as aletas da estatora. Assim, o presente estudo manterá seu enfoque apenas em tal causa. O objetivo deste então é o desenvolvimento de um modelo capaz de previsão do ruído de banda larga pela interação da esteira turbulenta causada pelo rotor, interagindo com as aletas da estatora, bem como o entendimento da propagação do ruído em duto. A primeira abordagem em relação a tal tipo de ruído é através da previsão do ruído gerado. Para previsão de ruído podem ser utilizados métodos analíticos, numéricos, ou empíricos, cada qual com suas vantagens e penalizações. Para tal, foi utilizado um método semi-analítico, em tais métodos utiliza-se simulação numérica para previsão da característica da turbulência e uma teoria analítica para a geração e propagação do ruído no duto. A principal motivação para o método semi-analítico é sua vantagem em relação aos métodos numéricos que demandam custo computacional extremamente alto e vantagem em relação a métodos analíticos que necessitariam uma demasiada simplificação geométrica. Dessa maneira, utilizou-se a geometria do ANCF, uma plataforma de ensaios desenvolvida pela NASA, onde havia geometria e resultados divulgados, tornando possível a verificação dos resultados obtidos. Os resultados mostram que as tendências capturadas são condizentes com o esperado, e então com um tempo relativamente baixo, de maneira prática, é possível a previsão do ruído de interação e sua propagação em dutos nos motores turbofans. / The major noise source in aircraft is the engine. Since tonal noise control is well developed, the current effort concentrates on broadband noise reduction, which is less understood. The broadband noise is generated when a turbulent flow interacts with a surface as, for example, rotor blade tip flow, boundary layer and the rotor interaction. Although there are different sources of broadband noise it is known that the major broadband source in turbofan engine is the rotor turbulent wake interacting with the stator vanes. This study is focused in that source of noise and the goal is to develop a model capable of predicting the rotor/stator interaction noise as well as in duct noise propagation. Noise prediction can be carried out by analytical, numerical or empirical methods, each one with advantages and disadvantages. In the present work the semi-analytical method was used. Turbulence characteristics were estimated by a numerical method and the noise generation and duct propagation was estimated by an analytical method. The biggest advantage comparing with the numerical methods is that this method is less time consuming. A purely analytical method would require excessive geometric simplification. The ANCF, a rig developed by NASA was used as basis for the simulations, since its geometry and noise data are available. The results show that the correct trends are consistently captured. So it is concluded that it is possible to predict the broadband noise and its propagation in turbofans engines with a practical and low cost method.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma técnica construtiva inédita para dutos enterrados intitulada Geovala. Esta técnica consiste na instalação de um geossintético sobre uma vala, preenchida ou não com material fofo, localizado acima do duto com o principal objetivo de reduzir os esforços que atingem a estrutura. Para contribuir na avaliação do sistema proposto foi realizado um programa de ensaios em pequenas e grandes dimensões no laboratório de geossintéticos da Escola de Engenharia de São Carlos EESC/USP. Neste programa de ensaios foi possível verificar que o sistema Geovala pode reduzir drasticamente as tensões na parede do duto e na envoltória de solo ao redor do duto. Além disso, um método analítico foi proposto para prever os deslocamentos verticais, deformações e esforços de tração gerados no geotêxtil, durante o rocesso construtivo e sobrecarga. Finalmente, verificou-se que os deslocamentos do geotêxtil previstos pelo método foram similares aos deslocamentos registrados nos ensaios experimentais. / This thesis presents the development of an unpublished constructive technique for buried pipes entitled Geovala. This technique comprises of the installation of a geosynthetic over a trench, filled or not with soft material, located above the pipe with the main objective of reducing the loads on the structure. To evaluate the proposed technique small and large scale testing programs were carried out at the laboratory of geosynthetics of the School of Engineering at Sao Carlos EESC/USP. In this testing program it was possible to verify that the Geovala system can reduce drastically the loads on the walls of the pipe and in the surrounding soil. Besides, an analytical method was proposed to predict the vertical displacement, deformations and tensile stress on the geosynthetic, during the constructive process and surcharge. Finally, it was verified that the displacements of the geotextile predicted by the analytical method were similar to the displacements recorded in the experimental tests.

O presente trabalho tem por objetivo desenvolver um aparato experimental para estudar, em modelo físico de escala reduzida, o comportamento mecânico de um duto enterrado submetido a variações do estado de tensões da massa de solo circundante e a um potencial movimento de massa gravitacional, com avaliação concomitante das deformações desenvolvidas no solo por meio da técnica de correlação de imagens digitais. A alteração do estado de tensão no maciço foi feita por meio da aplicação de incrementos de inclinação ao modelo. Foram realizados ensaios com o duto nas posições transversal e longitudinal no interior da caixa de ensaios, enterrado em areia pura e seca, com razão entre altura de cobertura e diâmetro do duto de 3,55. A compacidade do maciço, controlada por meio da utilização da técnica de chuva de areia, foi avaliada nas situações densa (D = 111,5 %) e fofa (Dr = 58,2%). O comportamento mecânico do duto foi avaliado por meio de instrumentação para medição da deformação específica e deflexão da parede, sendo verificado efeito de flexão lateral no duto disposto na transversal, com maiores deformações observadas na situação de maciço fofo. Para o duto disposto na longitudinal, maiores deformações específicas foram observadas para a seção instrumentada central na situação de maciço denso, contudo verificou-se a necessidade de realização de ensaios adicionais para elucidação dos resultados, em termos da interação solo/tubo ao longo do comprimento do elemento. Para a utilização da técnica de correlação de imagens digitais, as imagens foram adquiridas em um ambiente com iluminação padronizada e resolução de partícula igual a 4. A qualidade da textura da imagem foi garantida por meio da preparação de material com adição de 20% de areia colorida. O refinamento da malha de análise, avaliado por meio da alteração do tamanho dos subsets e espaçamento entre subsets, não exerceu grande influência nos campos de deslocamentos obtidos, porém maiores refinamentos permitiram extrair observações mais detalhadas do campo de deformações. A utilização da técnica permitiu ainda avaliar a evolução dos vetores de deslocamento ao longo das etapas de inclinação e a influência do duto enterrado, na posição transversal, nos deslocamentos das partículas de solo circundante. / The present work aims the development of an experimental apparatus to study the behavior of a buried pipe under different soil stress states and potential landslides in a small-scale physical model. Digital image correlation technique is also used to evaluate soil deformation. A controlled slope increment squeme were responsible for soil stress state changes. The tests were performed with the model pipe buried in pure dry sand with a buried depth ratio of 3.55. A series of four tests involving two pipe configurations inside the test box (transversal and longitudinal) and two relative density (111.5% and 58.2%) was conducted. Soil density was controlled by pluviation method. The model pipe was instrumented in order to evaluate its behavior in terms of linear strain and deflection of the pipe wall. For the transversely disposed pipe, it was observed lateral bending effect and larger strains when buried in loose sand. For the longitudinally diposed pipe, the largest strains occurred in the pipe central cross section and in the tests conducted in dense sand. Nevertheless, additional testing is needed to better clarify the results, in terms of soil/pipe interaction along the pipe length. Daily digital images were acquired under standardized conditions of illumination for the use of digital image correlation technique. The particle/pixel size ratio was set equal to 4. Image texture quality was improved by adding 20% colored sand to the material used in the investigation. The level of refinement of the analysis mesh, evaluated by varying the subset size and the spacing of subsets, did not shown significant effect in the displacement fields. However, finer meshes allowed more detailed observations in the engineering shear strain fields obtained. Additionally, the digital image correlation technique allowed the evaluation of the displacement vectors evolution along the different slope stages considered. Moreover, this technique also captured the effect of the transversely disposed pipe on surrounding soil particles displacements.

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Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma técnica construtiva inédita para dutos enterrados intitulada Geovala. Esta técnica consiste na instalação de um geossintético sobre uma vala, preenchida ou não com material fofo, localizado acima do duto com o principal objetivo de reduzir os esforços que atingem a estrutura. Para contribuir na avaliação do sistema proposto foi realizado um programa de ensaios em pequenas e grandes dimensões no laboratório de geossintéticos da Escola de Engenharia de São Carlos EESC/USP. Neste programa de ensaios foi possível verificar que o sistema Geovala pode reduzir drasticamente as tensões na parede do duto e na envoltória de solo ao redor do duto. Além disso, um método analítico foi proposto para prever os deslocamentos verticais, deformações e esforços de tração gerados no geotêxtil, durante o rocesso construtivo e sobrecarga. Finalmente, verificou-se que os deslocamentos do geotêxtil previstos pelo método foram similares aos deslocamentos registrados nos ensaios experimentais. / This thesis presents the development of an unpublished constructive technique for buried pipes entitled Geovala. This technique comprises of the installation of a geosynthetic over a trench, filled or not with soft material, located above the pipe with the main objective of reducing the loads on the structure. To evaluate the proposed technique small and large scale testing programs were carried out at the laboratory of geosynthetics of the School of Engineering at Sao Carlos EESC/USP. In this testing program it was possible to verify that the Geovala system can reduce drastically the loads on the walls of the pipe and in the surrounding soil. Besides, an analytical method was proposed to predict the vertical displacement, deformations and tensile stress on the geosynthetic, during the constructive process and surcharge. Finally, it was verified that the displacements of the geotextile predicted by the analytical method were similar to the displacements recorded in the experimental tests.