Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-07-08T14:09:52Z No. of bitstreams: 1 Daniel dos Santos Silva.pdf: 1207479 bytes, checksum: a37801e7a4a9fabd110fb80d5c179a85 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-08T14:09:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel dos Santos Silva.pdf: 1207479 bytes, checksum: a37801e7a4a9fabd110fb80d5c179a85 (MD5) Previous issue date: 2012-01-31 / Nenhuma / O uso da energia solar, como alternativa energética renovável, tem tomado um destaque fundamental no cenário mundial. Em especial, esse tipo de energia utilizado para aquecimento de água, tanto para uso doméstico como industrial representa um mercado mundial com crescimento em torno de 15% ao ano. No Brasil, esse crescimento deve-se, principalmente, aos programas habitacionais patrocinados pelo governo federal, além dos apelos cada vez mais fortes no sentido de buscar-se uma sustentabilidade energética e de economia através da diminuição do consumo de eletricidade e gás. Um sistema de aquecimento de água com energia solar é composto basicamente por coletor e reservatório térmico. Esses dois componentes representam quase a totalidade dos custos de instalação e isso ocorre principalmente em função dos materiais utilizados (cobre, alumínio e aço inoxidável) e dos processos de fabricação utilizados. Uma das formas para reduzir esses custos é a utilização de outros materiais mais baratos para a confecção de coletores e reservatórios e também de novos processos, mais ágeis e autômatos.Para contribuir com a solução desse problema, esse trabalho apresentará o desenvolvimento de uma ferramenta computacional que facilite a avaliação do rendimento térmico de diferentes composições de coletores solares de placa plana. Essa ferramenta foi desenvolvida sobre a plataforma EES (Engineering Equation Solver), pela sua facilidade de implementação, disponibilidade de funções de propriedades térmicas de fluidos, materiais e de escoamento. O programa segue um modelamento matemático baseado na teoria de Hottel-Bliss_Whillier e permite a entrada de dados relacionados aos parâmetros construtivos do coletor, como diâmetro dos tubos e espaçamento, espaçamento absorvedor-cobertura, material dos tubos, material da placa coletora e espessuras, material da cobertura e espessuras de isolamento, além de variáveis ambientais. Como dados de saída o programa fornece o desempenho térmico do coletor, calor útil, perdas térmicas, temperatura de estagnação, entre outros dados fundamentais de projeto. Os modelos matemáticos adotados na construção do programa foram validados através do confronto dos resultados calculados com dados obtidos experimentalmente em testes realizados pelo Test Center for Thermal Solar Systems do Fraunhofer Institut Solare Energie Systeme e pelo Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik. Após a validação, a ferramenta é utilizada para avaliar o rendimento térmico de coletores com outros materiais construtivos, características óticas e termodinâmicas e também aspectos construtivos como a otimização do espaçamento de tubos, distanciamento entre cobertura e placa coletora, entre outros apresentados no capítulo quatro. / The use of solar energy as an alternative renewable energy, has taken a key highlight in the scene in different parts of the world. In particular, this type of energy used for heating water for domestic use becomes for a growing world market, mainly due to housing programs sponsored by the federal appeals beyond the increasingly strong in the sense of trying to achieve a sustainable energy and economy by reducing the consumption of electricity and gas. A system for heating water with solar energy is basically composed of collector and storage tank. These two components account for almost the entire cost of installation and this is mainly due to the materials (copper, aluminum and stainless steel) and the manufacturing processes used. One way to reduce these costs is the use of other cheaper materials for the manufacture of collectors. and reservoirs as well as new processes, more agile. To contribute to solving this problem, the present study the development of a software tool that facilitates the evaluation of the thermal efficiency of different compositions of flat plate solar collectors. This tool was developed on the platform EES (Engineering Equation Solver) for its ease of implementation, availability of functions of the thermal properties of fluids, materials and marketing.the program follows a mathematical model based on the theory of Hottel-Bliss_Whillier and allows entry of data related to the construction parameters of the collector, such as pipe diameter and spacing, spacing absorber-cover, the pipe material, the absorber material and thickness of material coverage and thickness of isolation and environmental variables. As output data the program provides the thermal performance of the collector, useful heat, thermal losses, stagnation temperature, and other fundamental data design.the mathematical models adopted in the construction of the program were validated by comparing the calculated results with data obtained experimentally by renowned research centers in Germany, as test center for thermal solar systems of Fraunhofer Institut Solare Systeme and Institut für Energie und Wärmetechnik Thermodynamik. After validation, the tool is used to evaluate the thermal performance of collectors with other building materials, optical characteristics and thermodynamic aspects of construction as well as the optimization of the spacing tubes, distance between absorber plate and cover, among others presented in chapter four.

Um modelo experimental de arco dentário, moldado em epóxi, foi utilizado para estudar o comportamento mecânico do copolímero de etileno e acetato de vinila (EVA), na forma de placa plana e protetor bucal. O modelo experimental foi investigado, usando-se um sistema configurado em duas formas diferentes: suporte + arco + placa plana e suporte + arco + protetor bucal. O comportamento mecânico do copolímero de etileno e acetato de vinila foi estudado em função de três variáveis: espessura, temperatura e na ausência e presença de saliva artificial. A avaliação do comportamento mecânico do EVA, na forma de placa e protetor, foi feita usando-se dois planejamentos estatísticos fatoriais, 3x2x2 e 23, respectivamente, numa máquina universal de tração. As propriedades mecânicas do EVA, ao esforço compressivo, avaliadas nas duas configurações (suporte + arco + placa e suporte + arco + protetor) foram: energia aparente absorvida (J.mm-1), tensão máxima (N.mm-1), deslocamento máximo (mm) e força máxima (N). Os efeitos das variáveis, espessura, temperatura e presença ou ausência da saliva artificial foram modelados, matematicamente, usando-se as propriedades mecânicas do EVA ao esforço compressivo, como parâmetros de resposta. Os polinômios ortogonais foram ajustados em função das variáveis e de suas interações significantes, fixando-se o nível de significância igual ou menor de 0,05 ou 5%. Um mecanismo de oclusão do modelo experimental, para explicar a resposta mecânica do EVA, no sistema suporte + arco + placa e suporte + arco + protetor, consistiu em três eventos acoplados: 1) deformação compressiva longitudinal; 2) escorregamento entre os arcos e 3) travamento mecânico ao atingir a máxima oclusão. As variáveis, espessura da placa ou do protetor, temperatura (ambiente e bucal) e saliva (ausência ou presença), bem como algumas interações significantes entre elas, modificaram as propriedades mecânicas do EVA, no sentido de aumentar ou reduzir a resistência oferecida, por este material, ao esforço compressivo, dependendo de como os níveis das respectivas variáveis eram combinados. A resposta mecânica do EVA no sistema suporte + arco + protetor diferiu do sistema suporte + arco + placa, pois os intervalos de espessuras médias dos protetores e das placas foram significativamente diferentes. O mecanismo de oclusão do modelo experimental proposto justifica as diferenças de comportamento mecânico observadas para as duas configurações estudadas. Para placas ou protetores mais finos, da ordem de 2mm, o escorregamento acoplado ao travamento mecânico foram dois eventos determinantes. Para as placas mais espessas, da ordem de 4 mm, o comportamento mecânico pode ser explicado por três eventos acoplados: deformação compressiva longitudinal, escorregamento entre os arcos e travamento mecânico, ao atingir a máxima oclusão. / An experimental model of dental arch, moulded in epoxy, was used to study the mechanic behaviour of a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA), in the form of a flat plaque or mouth protector in function of three variables: thickness, temperature and the absence or presence of artificial saliva. The evaluation of the mechanical behaviour of EVA, as a plaque or as a mouth protector, was made with the use of two factorial statistical projection, 3x2x2 and 23, respectively, in a universal test machine. The mechanic properties of EVA, at compressive effort, evaluated in two configurations (support + arch + plaque and support + arch + mouth protector) were: maximum absorbed energy (J.mm-1), maximum strain (N.mm-1), maximum displacement (mm) and maximum force (N). The effect of the variables (thickness, temperature and absence or presence of artficial saliva) were shaped, mathematically, by using the mechanical properties of EVA to compressive effort as a reply parameter. The orthogonal polynomials were adjusted in function of the variables and their significant interactions, fixing the level of significancy as 0,05 (5%) or less. A mechanism of occlusion of the experimental model, to explain the mechanic answer of EVA in the system support + arch + plaque and support + arch + protector, consisted of three connected events: 1) longitudinal compressive deformation; 2) sliding between the arches and 3) mechanic lockage on maximum occlusion. The variables, thickness of the plaque or mouth protector, temperature (local or mouth) e saliva (presence or absence), as well as some significant interactions between them, modified the mechanic properties of EVA, in the sense of increasing or reducing the resistence of this material to the compressive effort, depending on the way these variables were combined. The mechanic answer of EVA in the system support + arch + mouth protector differed from the system support + arch + plaque, as the intervals of average thickness of the mouth protectors and of the plaque were significantly distinct. The mechanism of occlusion of the experimental model proposed justifies the differences of mechanical behaviour observed in both configurations studied. In thinner plaques or mouth protectors, approximately of 2 mm, the sliding connected to the mechanic lockage were two determinant events. For thicker plaques, approximately of 4 mm, the mechanical behaviour can be explained by three linked events: longitudinal compressive deformation, sliding between the arches and mechanic locakge, on the maximum occlusion.

Os elementos de combustível de um reator nuclear de pesquisa tipo MTR (\"Material Testing Reactor\") são, em sua grande maioria, formados por placas de combustível revestidas com alumínio contendo no cerne silicileto de urânio (U3Si2) disperso em matriz de alumínio. Essas placas possuem espessura da ordem de milímetros e comprimentos muito maiores em relação à sua espessura. Elas são dispostas paralelamente no conjunto que forma o elemento combustível, de maneira a formar canais entre elas com poucos milímetros de espessura, por onde escoa o fluido de refrigeração (água leve ou água pesada). Essa configuração, associada à necessidade de um escoamento com altas vazões para garantir o resfriamento das placas em operação, pode gerar problemas de falhas mecânicas das placas de combustível devido às vibrações induzidas pelo escoamento nos canais e, consequentemente, acidentes de proporções graves no caso de velocidade crítica que possa gerar o colapso das placas. Embora não haja ruptura das placas de combustível durante o colapso, as deflexões permanentes excessivas das placas podem causar bloqueio do canal de escoamento no núcleo do reator e levar ao superaquecimento nas placas. Para este trabalho, foram desenvolvidas uma bancada experimental com capacidade para altas vazões volumétricas (Q=100 m3/h) e uma seção de testes que simula um elemento combustível do tipo placa com três canais de resfriamento. A seção de testes foi construída com placas de alumínio e acrílico e foi instrumentada com sensores de deformação, sensores de pressão, um acelerômetro e um tubo de pitot. As dimensões da seção de testes foram baseadas nas dimensões do Elemento Combustível do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), cujo projeto está sendo coordenado pela Comissão Nacional de Energia Nuclear - CNEN. Os experimentos realizados alcançaram o objetivo de chegar à condição de velocidade crítica de Miller com o colapso das placas. A velocidade crítica foi atingida com 14,5 m/s levando a consequente deformação plástica das placas que formam o canal do escoamento. O canal central na entrada da seção de testes apresentou uma abertura de 3 mm em seu centro, causando um grande bloqueio do escoamento nos canais laterais. Este comportamento foi v constatado visualmente durante a desmontagem da seção de testes, ilustrado e discutido na análise de resultados apresentado neste trabalho. O bloqueio dos canais também foi observado por meio de gráficos de queda de pressão e por gráficos das deformações da entrada, centro e saída das placas contra a velocidade média da seção de testes. Observou-se uma queda da resistência hidráulica da seção de testes devido ao aumento da seção transversal de escoamento no canal central e um aumento exponencial das deformações quando da ocorrência da velocidade crítica. Comparativamente, o valor experimental obtido para velocidade crítica na seção de testes foi da ordem de 85% do valor obtido por cálculo com a expressão teórica de Miller. Os experimentos realizados permitiram um melhor entendimento da interação fluido estrutura em elementos de combustível tipo placa como: valores de frequências de vibrações naturais, instabilidade fluido elástica e desenvolvimento de técnicas para a detecção de valores de velocidade crítica. / The fuel elements of a MTR (Material Testing Reactor) type nuclear reactor are mostly composed of aluminum-coated fuel plates containing the core of uranium silica (U3Si2) dispersed in an aluminum matrix. These plates have a thickness of the order of millimeters and are much longer in relation to their thickness. They are arranged in parallel in the assembly forming the fuel element to form channels between them a few millimeters in thickness, through which there is a flow of the coolant (light water or heavy water). This configuration, combined with the need for a flow at high flow rates to ensure the cooling of the fuel element in operation, may create problems of mechanical failure of fuel plate due to the vibration induced by the flow in the channels. In the case of critical velocity may cause collapse of the plates. Although there is no rupture of the fuel plates during collapse, excessive permanent deflections of the plates can cause blockage of the flow channel in the reactor core and lead to overheating in the plates. For this study were developed an experimental bench capable of high volume flows (Q = 100 m3/h) and a test section that simulates a plate-like fuel element with three cooling channels. The test section was constructed with aluminum and acrylic plates and was instrumented with straingauge sensors, pressure sensors, accelerometer and a tube of pitot. The dimensions of the test section were based on the dimensions of the Fuel Element of the Brazilian Multipurpose Reactor (RMB), whose project is being coordinated by the National Commission of Nuclear Energy (CNEN). The experiments performed attained the objective of reaching Miller\'s critical velocity condition with the collapse of the plates. The critical velocity was reached with 14.5 m/s leading to the consequent plastic deformation of the plates forming the flow channel. The central channel had a 3mm aperture in its center, causing a large blockage of the flow in the lateral channels. This behavior was observed visually during the disassembly of the test section, illustrated and discussed in the results analysis presented in this work. Blocking of the channels was also observed by means of graphs of pressure drop and graphs of the deformations of the entrance, center and exit of the plates against the average speed vii of the section of tests. It was observed a decrease of the hydraulic resistance of the section of tests due to the increase of the transversal section of flow in the central channel and an exponential increase of the deformations when the critical speed occurrence. Comparatively, the value obtained for critical velocity in the test section through the experiments was of the order of 85% of the value obtained by calculation with Miller\'s theoretical expression. The experiments allowed a better understanding of the structure fluid interaction in plate type fuel elements such as: natural vibration frequency values, elastic fluid instability and development of techniques for the detection of critical velocity values.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The using of alternatives materials to replace selective surfaces is a natural trend, because it usually looks for improvements on efficiency of surfaces at the same time that it tries to reduce costs. Composites are already used on obtainment of some selective surfaces, however, if the possibility to use residue that would be discarded was associated to these characteristics, providing an added-value, it would brings some benefits like a possible reduction of manufacturing costs. Thus, this thesis proposes the obtainment and study of selective surfaces for flat plate solar collectors for low cost by using residue from granite industry. Three different surfaces was studied, two of them of obtained on the laboratory, one is granite powder made and the other is a surface composed by a mixture of granite powder and CRFO (Cr0,75Fe1,25O3); the third surface is a commercial one, known as TiNOX. To perform the tests of the surfaces it was built an experimental stand, it allows simulating a solar collector conditions. The tests was performed in a stagnation condition, in other words, there wasnât any water flow inside tubes. Through this experimental apparatus it was possible to test the three surfaces simultaneously. The field tests showed that the highest temperatures were reached by granite powder surface, which reached an average temperature of 119 ÂC, while the granite powder and CRFO mixture surface reached an average of 96 ÂC. The TiNOX achieve an average temperature of 101 ÂC. The three surfaces was compared each other through an equation that gives a global heat loss coefficient. The granite powder surface was the one which achieved the lowest global heat loss coefficient. / O uso de materiais alternativos com objetivo de substituir superfÃcies seletivas à uma tendÃncia natural, pois geralmente se busca melhorias na eficiÃncia das superfÃcies ao mesmo tempo em que se tenta diminuir os custos. SubstÃncias compÃsitas jà sÃo utilizadas na obtenÃÃo de algumas superfÃcies seletivas, no entanto, se for associado a estas caracterÃsticas a possibilidade de utilizar resÃduos que iriam ser descartados, conferindo aos mesmos um valor agregado, isso traria alguns benefÃcios, como uma possÃvel reduÃÃo de custos de fabricaÃÃo. Desta forma, o presente trabalho propÃe a obtenÃÃo e o estudo de superfÃcies seletivas para aplicaÃÃes em coletores solares de placa plana de baixo custo originÃrio do resÃduo da indÃstria de granito. Foram estudadas trÃs diferentes superfÃcies, duas delas foram obtidas no laboratÃrio, a superfÃcie a base de pà de granito e a superfÃcie composta pela mistura de pà de granito e CRFO (Cr0,75Fe1,25O3); e a terceira superfÃcie foi uma superfÃcie comercial, conhecida como TiNOX. Para a realizaÃÃo dos testes foi construÃda uma bancada experimental de madeira, de forma que fosse possÃvel simular as condiÃÃes de um coletor solar de placa plana. Os testes foram feitos em condiÃÃo de estagnaÃÃo, ou seja, nÃo havia fluxo de Ãgua atravÃs de tubos no coletor. AtravÃs desse aparato experimental foi possÃvel testar as trÃs superfÃcies seletivas simultaneamente. Os testes de campo mostraram que a superfÃcie composta por pà de granito foi a que atingiu as maiores temperaturas, com uma mÃdia de atà 119 ÂC, enquanto a superfÃcie obtida com uma mistura de pà de granito e CRFO chegou a temperatura mÃdia de 96 ÂC, jà a superfÃcie comercial atingiu uma mÃdia de 101 ÂC. As superfÃcies foram comparadas atravÃs de uma equaÃÃo que fornece o coeficiente global de perda de energia tÃrmica. Os menores coeficientes foram obtidos pela superfÃcie de pà de granito

Um modelo experimental de arco dentário, moldado em epóxi, foi utilizado para estudar o comportamento mecânico do copolímero de etileno e acetato de vinila (EVA), na forma de placa plana e protetor bucal. O modelo experimental foi investigado, usando-se um sistema configurado em duas formas diferentes: suporte + arco + placa plana e suporte + arco + protetor bucal. O comportamento mecânico do copolímero de etileno e acetato de vinila foi estudado em função de três variáveis: espessura, temperatura e na ausência e presença de saliva artificial. A avaliação do comportamento mecânico do EVA, na forma de placa e protetor, foi feita usando-se dois planejamentos estatísticos fatoriais, 3x2x2 e 23, respectivamente, numa máquina universal de tração. As propriedades mecânicas do EVA, ao esforço compressivo, avaliadas nas duas configurações (suporte + arco + placa e suporte + arco + protetor) foram: energia aparente absorvida (J.mm-1), tensão máxima (N.mm-1), deslocamento máximo (mm) e força máxima (N). Os efeitos das variáveis, espessura, temperatura e presença ou ausência da saliva artificial foram modelados, matematicamente, usando-se as propriedades mecânicas do EVA ao esforço compressivo, como parâmetros de resposta. Os polinômios ortogonais foram ajustados em função das variáveis e de suas interações significantes, fixando-se o nível de significância igual ou menor de 0,05 ou 5%. Um mecanismo de oclusão do modelo experimental, para explicar a resposta mecânica do EVA, no sistema suporte + arco + placa e suporte + arco + protetor, consistiu em três eventos acoplados: 1) deformação compressiva longitudinal; 2) escorregamento entre os arcos e 3) travamento mecânico ao atingir a máxima oclusão. As variáveis, espessura da placa ou do protetor, temperatura (ambiente e bucal) e saliva (ausência ou presença), bem como algumas interações significantes entre elas, modificaram as propriedades mecânicas do EVA, no sentido de aumentar ou reduzir a resistência oferecida, por este material, ao esforço compressivo, dependendo de como os níveis das respectivas variáveis eram combinados. A resposta mecânica do EVA no sistema suporte + arco + protetor diferiu do sistema suporte + arco + placa, pois os intervalos de espessuras médias dos protetores e das placas foram significativamente diferentes. O mecanismo de oclusão do modelo experimental proposto justifica as diferenças de comportamento mecânico observadas para as duas configurações estudadas. Para placas ou protetores mais finos, da ordem de 2mm, o escorregamento acoplado ao travamento mecânico foram dois eventos determinantes. Para as placas mais espessas, da ordem de 4 mm, o comportamento mecânico pode ser explicado por três eventos acoplados: deformação compressiva longitudinal, escorregamento entre os arcos e travamento mecânico, ao atingir a máxima oclusão. / An experimental model of dental arch, moulded in epoxy, was used to study the mechanic behaviour of a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA), in the form of a flat plaque or mouth protector in function of three variables: thickness, temperature and the absence or presence of artificial saliva. The evaluation of the mechanical behaviour of EVA, as a plaque or as a mouth protector, was made with the use of two factorial statistical projection, 3x2x2 and 23, respectively, in a universal test machine. The mechanic properties of EVA, at compressive effort, evaluated in two configurations (support + arch + plaque and support + arch + mouth protector) were: maximum absorbed energy (J.mm-1), maximum strain (N.mm-1), maximum displacement (mm) and maximum force (N). The effect of the variables (thickness, temperature and absence or presence of artficial saliva) were shaped, mathematically, by using the mechanical properties of EVA to compressive effort as a reply parameter. The orthogonal polynomials were adjusted in function of the variables and their significant interactions, fixing the level of significancy as 0,05 (5%) or less. A mechanism of occlusion of the experimental model, to explain the mechanic answer of EVA in the system support + arch + plaque and support + arch + protector, consisted of three connected events: 1) longitudinal compressive deformation; 2) sliding between the arches and 3) mechanic lockage on maximum occlusion. The variables, thickness of the plaque or mouth protector, temperature (local or mouth) e saliva (presence or absence), as well as some significant interactions between them, modified the mechanic properties of EVA, in the sense of increasing or reducing the resistence of this material to the compressive effort, depending on the way these variables were combined. The mechanic answer of EVA in the system support + arch + mouth protector differed from the system support + arch + plaque, as the intervals of average thickness of the mouth protectors and of the plaque were significantly distinct. The mechanism of occlusion of the experimental model proposed justifies the differences of mechanical behaviour observed in both configurations studied. In thinner plaques or mouth protectors, approximately of 2 mm, the sliding connected to the mechanic lockage were two determinant events. For thicker plaques, approximately of 4 mm, the mechanical behaviour can be explained by three linked events: longitudinal compressive deformation, sliding between the arches and mechanic locakge, on the maximum occlusion.

Os elementos de combustível de um reator nuclear de pesquisa tipo MTR (\"Material Testing Reactor\") são, em sua grande maioria, formados por placas de combustível revestidas com alumínio contendo no cerne silicileto de urânio (U3Si2) disperso em matriz de alumínio. Essas placas possuem espessura da ordem de milímetros e comprimentos muito maiores em relação à sua espessura. Elas são dispostas paralelamente no conjunto que forma o elemento combustível, de maneira a formar canais entre elas com poucos milímetros de espessura, por onde escoa o fluido de refrigeração (água leve ou água pesada). Essa configuração, associada à necessidade de um escoamento com altas vazões para garantir o resfriamento das placas em operação, pode gerar problemas de falhas mecânicas das placas de combustível devido às vibrações induzidas pelo escoamento nos canais e, consequentemente, acidentes de proporções graves no caso de velocidade crítica que possa gerar o colapso das placas. Embora não haja ruptura das placas de combustível durante o colapso, as deflexões permanentes excessivas das placas podem causar bloqueio do canal de escoamento no núcleo do reator e levar ao superaquecimento nas placas. Para este trabalho, foram desenvolvidas uma bancada experimental com capacidade para altas vazões volumétricas (Q=100 m3/h) e uma seção de testes que simula um elemento combustível do tipo placa com três canais de resfriamento. A seção de testes foi construída com placas de alumínio e acrílico e foi instrumentada com sensores de deformação, sensores de pressão, um acelerômetro e um tubo de pitot. As dimensões da seção de testes foram baseadas nas dimensões do Elemento Combustível do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), cujo projeto está sendo coordenado pela Comissão Nacional de Energia Nuclear - CNEN. Os experimentos realizados alcançaram o objetivo de chegar à condição de velocidade crítica de Miller com o colapso das placas. A velocidade crítica foi atingida com 14,5 m/s levando a consequente deformação plástica das placas que formam o canal do escoamento. O canal central na entrada da seção de testes apresentou uma abertura de 3 mm em seu centro, causando um grande bloqueio do escoamento nos canais laterais. Este comportamento foi v constatado visualmente durante a desmontagem da seção de testes, ilustrado e discutido na análise de resultados apresentado neste trabalho. O bloqueio dos canais também foi observado por meio de gráficos de queda de pressão e por gráficos das deformações da entrada, centro e saída das placas contra a velocidade média da seção de testes. Observou-se uma queda da resistência hidráulica da seção de testes devido ao aumento da seção transversal de escoamento no canal central e um aumento exponencial das deformações quando da ocorrência da velocidade crítica. Comparativamente, o valor experimental obtido para velocidade crítica na seção de testes foi da ordem de 85% do valor obtido por cálculo com a expressão teórica de Miller. Os experimentos realizados permitiram um melhor entendimento da interação fluido estrutura em elementos de combustível tipo placa como: valores de frequências de vibrações naturais, instabilidade fluido elástica e desenvolvimento de técnicas para a detecção de valores de velocidade crítica. / The fuel elements of a MTR (Material Testing Reactor) type nuclear reactor are mostly composed of aluminum-coated fuel plates containing the core of uranium silica (U3Si2) dispersed in an aluminum matrix. These plates have a thickness of the order of millimeters and are much longer in relation to their thickness. They are arranged in parallel in the assembly forming the fuel element to form channels between them a few millimeters in thickness, through which there is a flow of the coolant (light water or heavy water). This configuration, combined with the need for a flow at high flow rates to ensure the cooling of the fuel element in operation, may create problems of mechanical failure of fuel plate due to the vibration induced by the flow in the channels. In the case of critical velocity may cause collapse of the plates. Although there is no rupture of the fuel plates during collapse, excessive permanent deflections of the plates can cause blockage of the flow channel in the reactor core and lead to overheating in the plates. For this study were developed an experimental bench capable of high volume flows (Q = 100 m3/h) and a test section that simulates a plate-like fuel element with three cooling channels. The test section was constructed with aluminum and acrylic plates and was instrumented with straingauge sensors, pressure sensors, accelerometer and a tube of pitot. The dimensions of the test section were based on the dimensions of the Fuel Element of the Brazilian Multipurpose Reactor (RMB), whose project is being coordinated by the National Commission of Nuclear Energy (CNEN). The experiments performed attained the objective of reaching Miller\'s critical velocity condition with the collapse of the plates. The critical velocity was reached with 14.5 m/s leading to the consequent plastic deformation of the plates forming the flow channel. The central channel had a 3mm aperture in its center, causing a large blockage of the flow in the lateral channels. This behavior was observed visually during the disassembly of the test section, illustrated and discussed in the results analysis presented in this work. Blocking of the channels was also observed by means of graphs of pressure drop and graphs of the deformations of the entrance, center and exit of the plates against the average speed vii of the section of tests. It was observed a decrease of the hydraulic resistance of the section of tests due to the increase of the transversal section of flow in the central channel and an exponential increase of the deformations when the critical speed occurrence. Comparatively, the value obtained for critical velocity in the test section through the experiments was of the order of 85% of the value obtained by calculation with Miller\'s theoretical expression. The experiments allowed a better understanding of the structure fluid interaction in plate type fuel elements such as: natural vibration frequency values, elastic fluid instability and development of techniques for the detection of critical velocity values.

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-27T11:35:02Z No. of bitstreams: 1 DIEGO PAES DE ANDRADE PEÑA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2016.pdf: 5093848 bytes, checksum: c6e79e54502ec5a0ff9ff5b410ffd362 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-27T11:35:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIEGO PAES DE ANDRADE PEÑA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2016.pdf: 5093848 bytes, checksum: c6e79e54502ec5a0ff9ff5b410ffd362 (MD5) Previous issue date: 2016-09-02 / CNPq / A aeroelasticidade é o campo da ciência que estuda a correlação entre as forças aerodinâmicas, elásticas e de inércia. Tal ciência é de grande importância no campo aeronáutico uma vez que as estruturas alares são flexíveis, devem suportar os esforços aerodinâmicos e serem rígidas o suficiente para garantir que esteja livre de todos os problemas aeroelásticos característicos (divergência, eficiência de controle, flutter e buffeting) dentro da faixa operacional de velocidades desenvolvida pela aeronave. Realizou-se uma análise modal da estrutura a fim de se conhecer os modos naturais de vibração e as respectivas frequências naturais. Para tal, utilizou-se o ANSYS Structural e o método dos elementos finitos, além de um estudo de malha para verificar a convergência dos resultados. Estudou-se também a influência da posição do lastro na ponta da placa plana, que causa a diminuição da segunda frequência natural. Além disso, realizou-se uma análise bidimensional de um volume de controle do tipo C-Grid, uma vez que o tamanho do volume de controle em uma análise aerodinâmica computacional é um fator extremamente importante. Com um volume de controle grande, tem se mais elementos na malha, caso o mesmo seja pequeno, as condições de contorno juntamente com os tamanhos dos elementos podem interferir nos resultados dos campos de velocidade e pressão em torno da estrutura. Nesse contexto, utilizou-se do software ANSYS Fluent para a simulação aerodinâmica da placa plana inclinada e obtenção dos coeficientes aerodinâmicos de sustentação e arrasto CL e CD. Os resultados foram comparados com resultados experimentais em túnel de vento de Goudeseune (SELIG; ROBERT; WILLIAMSON, 2011). Através do cálculo do Grid Convergence Index (GCI) e da comparação dos resultados numéricos com os dados experimentais constatou-se a convergência e conseguiu-se determinar um tamanho de volume de controle com erro baixo e aceitável. A análise fluido-estrutura acoplada de duas vias foi realizada com o ANSYS Structural para analisar a dinâmica estrutural através do método dos elementos finitos e o ANSYS CFX para resolver o campo do escoamento mediante método dos volumes finitos. Obtiveram-se o comportamento oscilatório da estrutura, além do coeficiente de amortecimento e tensões de von Mises. Analisando o comportamento transiente da dinâmica estrutural mediante um fluxo aerodinâmico constante (velocidade fixa). As simulações representaram bem o fenômeno, já que com o aumento da velocidade, o escoamento induz maior amortecimento à estrutura quando comparado com baixas velocidades. / The aeroelasticity is the field of science that studies the relationship between the aerodynamic elastic and inertia forces. Such knowledge is of great importance in the aviation field since the wing structures are flexible, must withstand the aerodynamic loads and be rigid enough to ensure that it is free from all aeroelastic problems like divergence, control efficiency, flutter and buffeting within the operating speed range. We carried out a modal analysis of the structure in order to know the natural vibration modes and natural frequencies. To this end, we used the ANSYS Structural with finite element method, a mesh study to verify the convergence of the results. It is also studied the influence of the slender body position of the tip of the flat plate, which causes the decrease of the second natural frequency. Furthermore, there was a twodimensional analysis of a volume control type C-Grid, since the control volume aerodynamic size in a computational analysis is an extremely important factor. A large volume of control has more elements in the mesh if it is small, the boundary conditions together with the sizes of elements may affect the results of the velocity field and pressure around the structure. In this context, we used the ANSYS FLUENT for the aerodynamic simulation of the inclined flat plate, and obtaining the aerodynamic support, and drag coefficients CL and CD. The results were compared with experimental results of Goudeseune wind tunnel (SELIG; ROBERT; WILLIAMSON, 2011). By calculating the Grid Convergence Index (GCI) and comparing the numerical results with experimental data found the convergence and managed to determine a control volume size with low and acceptable error. The fluid-structure coupled two-way analysis was performed using ANSYS Structural to analyze the structural dynamics through the finite element method and ANSYS CFX to resolve the flow field by the finite volume method. It was possible to obtain the oscillatory behavior of the structure, besides the damping coefficient and von Mises stresses. Analyzing the transient behavior of structural dynamics by a constant aerodynamic flow (fixed speed), the simulations represented the phenomenon as well, since with the increase in speed, the flow induces cushioning structure as compared to low speed