Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-05T11:44:11Z No. of bitstreams: 2 TESE Luiz Antonio Pimentel Cavalcanti.pdf: 3791047 bytes, checksum: 5add206aaa3f257cd052a72de10d0e12 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-05T11:44:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE Luiz Antonio Pimentel Cavalcanti.pdf: 3791047 bytes, checksum: 5add206aaa3f257cd052a72de10d0e12 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / REUNI / A utilização do biodiesel (B100) como combustível apresenta inúmeras vantagens, o desempenho do B100 a baixas temperaturas pode afetar sua viabilidade comercial ao longo de todo ano, particularmente em regiões climáticas de temperatura moderada. A viscosidade e a massa específica do B100 são propriedades físicas críticas relativas à sua aplicabilidade em motores diesel de injeção direta devido a: a) a temperaturas baixas o B100 torna-se viscoso, podendo cristalizar, causando dificuldades ao escoamento no motor; b) um aumento na viscosidade do B100 geralmente afeta o processo de atomização propiciando a ocorrência de reações competitivas, como combustão incompleta e polimerização. A viscosidade, bem como a massa específica do B100 e suas Misturas BX dependem diretamente da temperatura, comportamento semelhante ao do diesel, isto é, diminui com a temperatura de forma exponencial no caso de viscosidade e decresce de forma linear para massa específica. Por outro lado, a viscosidade e a massa específica destes combustíveis aumenta com o comprimento da cadeia e grau de saturação dos FAMEs. Este trabalho visa investigar o comportamento reológico do B100 e suas Misturas BX puras (B5/B10/B20/B30/B40/B50) e aquelas aditivadas com triacetina (Misturas B5-T/B10-T/B20-T/B30-T/B40-T/B50-T), investigados na faixa de temperatura de -2 a 90ºC visando uso nas regiões de temperaturas moderadas. modelos empíricos e semi-empíricos da literatura para viscosidade cinemática e massa específica em função da temperatura e da fração volumétrica do B100 presente na mistura foram avaliados quanto à sua capacidade preditiva, estabelecendo comparações entre eles e os modelos clássicos como o de Liew para massa específica e o de Andrade da viscosidade. O comportamento reológico, a viscosidade dinâmica e a massa específica desses combustíveis foram obtidos usando-se um reômetro do tipo Searle, método que associa dados oriundos da reometria ao modelo matemático para a viscosidade aparente dos fluidos da potência e densímetro digital, respectivamente. O valor da viscosidade cinemática foi obtido utilizando o conceito de viscosidade aparente para fluidos newtonianos, através do quociente entre os valores obtidos para viscosidade dinâmica oriundos da reometria e os valores da massa específica medidos experimentalmente. As propriedades de escoamento a frio de tais combustíveis (Pontos de névoa (PN), de fluidez (PF) e de entupimento de filtro a frio (CFPP)) foram obtidos através dos Mini Pour Point/Cloud Point Tester e CFPP tester. O aumento da fração volumétrica do B100 presente na mistura, modificou as propriedades de escoamento a frio dos combustíveis avaliados. O CFPP dos diversos combustíveis foi alterado de forma discreta. A adição da triacetina teve uma ação discreta quanto à diminuição do PN, porém, atuou de forma mais efetiva sobre o PF desses combustíveis. Os B100, diesel e Misturas BX e Misturas BX-T comportaram-se como Fluidos Newtonianos (FN) e Fluidos Não-Newtonianos independente do tempo (FNNIT) – Pseudoplástico – a 10≤ T≤ 90º C e -2 ≤ T ≤ 10º C, respectivamente. Os Modelos de Ramirez-Verduzco et al. (2012) e Tate e Allen Modificado apresentaram menor incerteza quanto aos dados preditos com erros associados inferiores a 5%, para massa especifica e viscosidade cinemática, respectivamente. A seleção dos Modelos mais apropriados para prever a viscosidade cinemática e massa específica dos B100 e Misturas BX foram avaliados através de análise estatística: a) Desvio Médio Absoluto; b) Análise de Resíduos e; c) Qui-quadrado, os respectivos algorítmos foram implementados no MATLAB.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:04:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2528_1.pdf: 1489476 bytes, checksum: 2dd9319544601c2e5a87330a59c03756 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com o esgotamento do petróleo e o aumento dos custos dos combustíveis derivados, são necessários estudos sobre os combustíveis alternativos. O Biodiesel (B100) é um composto de ésteres de ácidos graxos, geralmente metílicos (ou etílicos) (FAMES / FAEEs) derivados de óleos vegetais, gorduras animais ou de óleos de rejeitos de frituras, obtidos principalmente através da transesterificação, é uma fonte alternativa de energia. É renovável, disponível localmente, biodegradável e provou ser um combustível limpo. A viscosidade do B100 é uma das propriedades físicas críticas relativas à sua aplicabilidade em motores diesel de injeção direta devido a: a) A temperaturas baixas o B100 torna-se viscoso, podendo gelificar ou cristalizar, causando dificuldades ao escoamento no motor; b) Um aumento na viscosidade do B100 geralmente afeta o processo de atomização propiciando a ocorrência de reações competitivas, como combustão incompleta e polimerização. A viscosidade do B100 é cerca de 1,5 vezes superior à do diesel comercial(B0). A viscosidade do B100 e suas misturas com B0 depende diretamente da temperatura, comportamento semelhante ao do diesel puro, isto é, diminui com a temperatura de forma exponencial. Por outro lado, a viscosidade destes combustíveis aumenta com o comprimento da cadeia e grau de saturação FAMEs / FAEEs. Este trabalho visa investigar o comportamento mecânico do B100 e suas misturas com B0 (B2 a B50), estudando seu comportamento reológico e medir a sua viscosidade dinâmica e massa específica, a uma dada temperatura. Além disso, modelos preditivos da literatura para a viscosidade de misturas de líquidos não associados foram aplicados para B100 (Modelos de Andrade, Krisnangkura e Allen) e suas misturas (Modelo de Andrade). Os dados obtidos para a massa específica do B100 e suas misturas foram considerados adequados para o Modelo de Liew. Os B100 utilizados neste estudo foram derivados do óleo de mamona, algodão, sebo bovino e Oiticica. Os B100 de mamona, algodão e oiticica foram produzidos em uma unidade piloto com reator em batelada (Laboratório de combustíveis da Universidade Federal de Pernambuco), utilizando metanol e hidróxido de sódio como catalisador. As misturas de B100 com diesel (Metropolitano - Tipo D) foram preparadas gravimetricamente. A composição média do B100 foi determinada por um cromatógrafo CG, Modelo CG Master. A massa específica do B100 e suas misturas foram medidas por um densimetro Anton-Paar Digital, modelo DMA 4500. O reômetro Brookfield, modelo LVDV-III (Spindles modelos: SC4-31 e SC14-18) foi utilizado para medir a viscosidade aparente dos fluidos, bem como elucidar os seus comportamentos reológicos. As condições operacionais foram: Temperatura: 20 °C a 60°C; Taxa de cisalhamento: 66s-1 a 333s-1. O valor da viscosidade dinâmica foi obtido utilizando o conceito de viscosidade aparente para fluidos newtonianos. Os Modelos de Andrade e Liew foram usados para predizer os valores da viscosidade e densidade dos óleos vegetais/sebo bovino, B100 e misturas em função da temperatura. Esses modelos foram ajustados por regressão não-linear. Os parâmetros dos Modelos foram obtidos. Os Modelos de Andrade e Liew predizem a viscosidade e densidade do B100 e suas misturas com B0 com desvios em torno de 3%. Por outro lado, os Modelos de Krisnangkura e Allen foram utilizados para a predição de valores da viscosidade em função da composição de FAMEs. Os Modelos de Allen e Krisnangkura predizem viscosidade dinâmica do B100 com desvios de 10% e 5%, respectivamente. Um banco de dados experimental foi criado para estudar o B100 e suas misturas com B0. A técnica da ANOVA foi utilizada para verificar a adequação dos dados experimentais

As vibrações induzidas pela emissão de vórtices (VIV) representam um problema de interação fluido-estrutura presente em diversas áreas da engenharia. Em particular, na engenharia oceânica, esse fenômeno é um tópico importante na análise de risers. Diante do seu impacto na vida útil das estruturas por questões de fadiga estrutural, a supressão desse fenômeno ressonante tem demandado diversos esforços de pesquisa. Uma maneira de reduzir as oscilações estruturais causadas pelo VIV é através do supressor passivo denominado absorvedor não linear de vibração (NVA). Esta pesquisa visa investigar numericamente a eficácia de uma classe de NVA na mitigação do VIV em cilindros rígidos montados em apoios elásticos com um e dois graus de liberdade. A força hidrodinâmica é considerada por meio de modelos fenomenológicos. As equações de movimento desenvolvidas são numericamente integradas com o intuito de analisar a influência dos parâmetros de massa, raio e amortecimento do supressor na resposta do cilindro. As curvas de amplitude de resposta como funções da velocidade reduzida representam a principal contribuição deste trabalho. De forma complementar, o comportamento do sistema ao longo da faixa de velocidades reduzidas característica do lock-in é explorado por meio das séries temporais do cilindro e do NVA. Para quantificar a eficiência do NVA, um critério de supressão baseado na amplitude de oscilação do cilindro é avaliado em função da velocidade reduzida e na forma de mapas de cores definidos em um espaço de parâmetros de controle para velocidades reduzidas específicas. Com base no estudo paramétrico feito, é possível verificar que o parâmetro de massa do NVA é o mais influente na supressão do VIV. Em geral, a supressão é maior no sistema em que o cilindro oscila apenas na direção transversal ao escoamento. Na condição em que o cilindro oscila nas duas direções do plano horizontal, constata-se que o NVA rotativo pode levar a uma amplificação da oscilação na direção do escoamento. / Vortex-induced vibrations (VIV) represent a fluid-structure interaction problem commonly found in several engineering areas. In the offshore engineering scenario, VIV plays an important role in risers dynamics. The suppression of this resonant phenomenon has required several efforts due to its impact on the reduction of the lifespan due to structural fatigue. Among other suppression solutions, it can be highlighted the use of non-linear vibration absorbers (NVAs). This research aims at numerically investigating the effectiveness of a particular class of NVAs as a passive suppressor of rigid cylinders mounted on elastic supports with one or two degrees of freedom subjected to VIV. The wake dynamics is studied through phenomenological models. The equations of motion are obtained and numerically integrated focusing on the identification of the influence of the NVA parameters on the response of the cylinder. Oscillation amplitude curves as functions of the reduced velocity are the main contribution of this work. Complementarily, response time series allow discussing the dynamics of the coupled system throughout the lock-in range of reduced velocities. In order to quantify the efficiency of the NVA, a suppression criterion based on the oscillation amplitude of the cylinder is evaluated as a function of reduced velocities and in the form of color maps defined in a space of control parameters for specific reduced speeds. The parametric study herein described shows that the mass of the suppressor has more influence on the VIV suppression than the other parameters for both 1-dof VIV (only cross-wise oscillations are allowed) and 2-dof VIV (concomitant in-line and cross-wise oscillations). In general, the suppression has proved to be greater in the 1-dof VIV condition. In 2-dof VIV, the rotative NVA may cause amplification of the in-line response.

O presente trabalho analisa criticamente um conjunto de resultados sobre a fundamentação, simulação e aplicabilidade de alguns modelos fenomenológicos para Vibração Induzida por Vórtices, ou VIV. São estudados os modelos de Hartlen&Currie, 1970, de Iwan&Blevins, 1975, e de Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. O estudo foi desenvolvido com os propósitos: fundamentar, com base em resultados teóricos e experimentais existente na literatura, a representatividade do fenômeno de VIV através desta classe de modelos; obter resultados da simulação numérica destes modelos para posterior confrontação com dados experimentais disponíveis na literatura; discutir a possibilidade de aplicação destes modelos na prática da engenharia. A fundamentação dos modelos fenomenológicos é obtida do trabalho de Aranha, 2004, que conclui pela possibilidade teórica de representar os fenômeno de VIV através de um conjunto de equações diferenciais simplificadas. Este fato traz embasamento aos modelos fenomenológicos, que partem deste princípio de simplificação e resultam em equações similares àquelas desenvolvidas por Aranha. Para desenvolver a simulação numérica dos três modelos foi idealizado um programa de computação científica capaz de resolver numericamente as equações diferenciais ordinárias dos modelos, interpolar os resultados da simulação, efetuar a transformada de Fourier dos resuldados interpolados e apresentar em um documento formato PDF um relatório detalhado da simulação. Este relatório permite a análise direta dos dados sem necessidade de pós-processamento, contendo gráficos de séries temporais, espectro de frequência e diversos gráficos usualmente encontrados na literatura especializada de VIV. Por sua vez, para discutir a aplicabilidade dos modelos estudados é feita uma compilação da fenomenologia de VIV e os resultados experimentais são comparados com os resultados da simulação. A comparação dos resultados das simulações com dados experimentais conclui que é bastante limitada a aplicabilidade dos modelos fenomenológicos. Apenas o modelo de Iwan&Blevins foi capaz de reproduzir a amplitude de pico constatada experimentalmente. No contexto mais amplo de VIV, o trabalho observa que o estudo de modelos fenomenológicos voltou a ser uma área de fértil desenvolvimento científico. / The present work develops a critical analysis of a family of results emerging from the systematic study of phenomenological models in Vortex Induced Vibration, VIV. The study covers the theoretical foundation, numerical simulation and the applicability of several fenomenological models already available in the literature. Amongst the models presented here are those from Hartlen&Currie, 1970, Iwan&Blevins, 1975, and Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. The purposes are threefold: based in theoretical and experimental results in the literature, to express the ability of those models in representing de VIV phenomena; to obtain numerical simulations results in order to compare them with experimental data; to address the practical application of the studied models in real engineering cases. The fundamental basis of the phenomelogical models was borrowed from the work of Aranha, 2004, which lead to the feasibility of modelling the VIV phenomena by a set of simplified differential equations. The phenomenological models have been using simplified equations since their beginning and now the work of Aranha can be used to give the phenomenological models a sound basis. The numerical simulator was directly implemented in a scientific program specialy designed for this purpose. The resulting software can numericaly solve the models' differential equations, interpolate the results, transpose the results from time domain to frequency domain and finally present a complete report in PDF format. The report allows the direct analysis of the models dispensing with the need of any further task. In order to address the applicability issues, a fairly complete compilation of the current available experimental data on VIV was done. The compiled data was then compared with the results from the numerical simulation of the models. The main conclusion of this last step is that the phenomenological models analysed are strongly limited and do not represent the VIV characteristics well enough. An exception is made to the Iwan&Blevins models for its capacity to predict the peak vibration amplitude. In a broad sense, this work points the phenomenological modelling of VIV as an active field of research.

O presente trabalho analisa criticamente um conjunto de resultados sobre a fundamentação, simulação e aplicabilidade de alguns modelos fenomenológicos para Vibração Induzida por Vórtices, ou VIV. São estudados os modelos de Hartlen&Currie, 1970, de Iwan&Blevins, 1975, e de Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. O estudo foi desenvolvido com os propósitos: fundamentar, com base em resultados teóricos e experimentais existente na literatura, a representatividade do fenômeno de VIV através desta classe de modelos; obter resultados da simulação numérica destes modelos para posterior confrontação com dados experimentais disponíveis na literatura; discutir a possibilidade de aplicação destes modelos na prática da engenharia. A fundamentação dos modelos fenomenológicos é obtida do trabalho de Aranha, 2004, que conclui pela possibilidade teórica de representar os fenômeno de VIV através de um conjunto de equações diferenciais simplificadas. Este fato traz embasamento aos modelos fenomenológicos, que partem deste princípio de simplificação e resultam em equações similares àquelas desenvolvidas por Aranha. Para desenvolver a simulação numérica dos três modelos foi idealizado um programa de computação científica capaz de resolver numericamente as equações diferenciais ordinárias dos modelos, interpolar os resultados da simulação, efetuar a transformada de Fourier dos resuldados interpolados e apresentar em um documento formato PDF um relatório detalhado da simulação. Este relatório permite a análise direta dos dados sem necessidade de pós-processamento, contendo gráficos de séries temporais, espectro de frequência e diversos gráficos usualmente encontrados na literatura especializada de VIV. Por sua vez, para discutir a aplicabilidade dos modelos estudados é feita uma compilação da fenomenologia de VIV e os resultados experimentais são comparados com os resultados da simulação. A comparação dos resultados das simulações com dados experimentais conclui que é bastante limitada a aplicabilidade dos modelos fenomenológicos. Apenas o modelo de Iwan&Blevins foi capaz de reproduzir a amplitude de pico constatada experimentalmente. No contexto mais amplo de VIV, o trabalho observa que o estudo de modelos fenomenológicos voltou a ser uma área de fértil desenvolvimento científico. / The present work develops a critical analysis of a family of results emerging from the systematic study of phenomenological models in Vortex Induced Vibration, VIV. The study covers the theoretical foundation, numerical simulation and the applicability of several fenomenological models already available in the literature. Amongst the models presented here are those from Hartlen&Currie, 1970, Iwan&Blevins, 1975, and Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. The purposes are threefold: based in theoretical and experimental results in the literature, to express the ability of those models in representing de VIV phenomena; to obtain numerical simulations results in order to compare them with experimental data; to address the practical application of the studied models in real engineering cases. The fundamental basis of the phenomelogical models was borrowed from the work of Aranha, 2004, which lead to the feasibility of modelling the VIV phenomena by a set of simplified differential equations. The phenomenological models have been using simplified equations since their beginning and now the work of Aranha can be used to give the phenomenological models a sound basis. The numerical simulator was directly implemented in a scientific program specialy designed for this purpose. The resulting software can numericaly solve the models' differential equations, interpolate the results, transpose the results from time domain to frequency domain and finally present a complete report in PDF format. The report allows the direct analysis of the models dispensing with the need of any further task. In order to address the applicability issues, a fairly complete compilation of the current available experimental data on VIV was done. The compiled data was then compared with the results from the numerical simulation of the models. The main conclusion of this last step is that the phenomenological models analysed are strongly limited and do not represent the VIV characteristics well enough. An exception is made to the Iwan&Blevins models for its capacity to predict the peak vibration amplitude. In a broad sense, this work points the phenomenological modelling of VIV as an active field of research.