Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T07:54:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 300769.pdf: 5134184 bytes, checksum: b94fd58b5f1a9087ed5ef874ccb34330 (MD5) / Atualmente os tubos de calor são utilizados na refrigeração de processadores de computadores portáteis e de equipamentos eletrônicos em aplicações espaciais. O principal objetivo deste trabalho é aplicar uma nova tecnologia de meios de porosidade variável em tubos de calor, visando melhorar a sua eficiência. Neste contexto, é apresentada uma revisão bibliográfica a respeito dos fundamentos e mecanismos da sinterização de materiais metálicos, assim como a respeito da modelagem e avaliação da condutividade térmica efetiva de meios porosos empacotados e sinterizados. Também é apresentada uma revisão bibliográfica versando procedimentos de caracterização termo física e modelos simplificados utilizados na modelagem térmica dos tubos de calor. Um equipamento empregando vácuo e guarda quente como sistema de isolamento térmico foi projetado e fabricado para a medição da condutividade térmica efetiva de meios porosos saturados com água destilada e metanol. Dados experimentais foram comparados com dados de literatura. Um modelo simplificado de resistências térmicas equivalentes foi proposto para a análise da transferência de calor em meios sinterizados metálicos. Por fim, protótipos de mini tubos de calor de múltipla camada de pó de cobre sinterizado foram projetados e fabricados para avaliar o comportamento do material. Resultados obtidos foram comparados com modelos matemáticos desenvolvidos para este fim. O presente trabalho fornece uma fonte de pesquisa para trabalhos futuros, provendo um modelo e um equipamento para a medição de condutividade térmica efetiva de meios porosos, que podem ser utilizados no desenvolvimento de novas tecnologias de tubos de calor desenvolvidos no Laboratório de Tubos de Calor (Labtucal / Lepten) da Universidade Federal da Santa Catarina. / Nowadays, heat pipes have been used as refrigeration devices in computer processing units in notebooks and electronic equipment for space applications. The main objective this work is the application of a novel porous media technology in heat pipes, in order to improve its thermal performance. This porous media has two layers of different porosities, which allow for improving the working fluid pumping capacity while decreasing the pressure loss. In this context, a literature review about the fundamentals of sintering mechanics of metal powder materials is presented as well as effective thermal conductivity models for sintering and packed porous media. A literature review concerning the procedures for measuring of the thermophysical properties of porous media is presented. Also, heat pipe thermal resistance simplified models are reviewed. An experimental set up, which employs vacuum and guard heater as thermal insulators, was developed to measure the effective thermal conductivity of porous media, saturated with distilled water and methanol. Experimental data were compared with literature results. A thermal resistance simplified model was proposed for the analysis of the heat transfer. Finally, prototypes of mini heat pipes of multiple copper powder sintered layers were designed and fabricated to evaluate the material physical behavior. The data were compared with mathematical models developed for this purpose. The present work provides new technology for heat pipes that can be used in the projects developed at the Heat Pipe Laboratory of the Federal University of Santa Catarina.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T09:30:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho o fenômeno da obstrução de tubos capilares em sistemas de refrigeração de pequena e média capacidade e que empregam HFC134a como refrigerante e óleo éster como lubrificante foi estudado. Para tanto, construiu-se uma bancada experimental com capacidade de controlar e medir todas as variáveis envolvidas no processo. Um projeto fatorial de experimentos foi executado avaliando o efeito das seguintes variáveis e nas seguintes faixas, sobre a redução do fluxo de massa: pressão (11bar e 14bar), grau de subresfriamento (7,5ºC e 12,5ºC), diâmetro (0,57mm e 0,79mm) e comprimento do tubo capilar (3m e 4m), concentração de óleo (0,5% e 1,0%) e tipo de ácido presente na composição química dos óleos ésteres (foram utilizados os óleos RL7H e 8E, respectivamente com ácido linear e ramificado). Os testes foram realizados ao longo de um período fixo de dosagem de óleo de 10dias. Os experimentos mostraram que o tipo de ácido é a variável com maior efeito sobre a obstrução, em particular, que o óleo formado com ácido linear obstrui mais do que aquele formado com ácido ramificado. Em média, a redução percentual do fluxo de massa foi de 27% nos testes com óleo RL7H contra 15% naqueles com óleo 8E. Medições da vazão de nitrogênio através dos tubos capilares foram também realizadas antes e após os experimentos. Os resultados indicaram que essa técnica fornece vazões sempre inferiores às observadas com HFC134a. Desenvolveu-se também um modelo matemático para simular o escoamento de HFC134a puro e de misturas HFC134a/óleo éster, com e sem efeitos de adsorção de óleo. Uma analogia com a deposição de partículas em superfícies sólidas foi utilizada para simular a adsorção do óleo éster, o que permitiu concluir que o fenômeno é governado principalmente pela difusão molecular do óleo em refrigerante e pelo arraste na parede do tubo capilar. As previsões do modelo para o escoamento de HFC134a puro reproduziram de forma razoável os resultados experimentais para o fluxo de massa, dentro de uma banda de erro de ±10%. Desprezando-se aspectos de adsorção concluiu-se que o efeito do óleo sobre o escoamento é desprezível, provocando alterações no fluxo de massa de ±0,2%. O modelo completo foi comparado com resultados experimentais, quando verificou-se que dos 16 pontos experimentais analisados, 10 (62%) se encontraram dentro de uma banda de erro de ±20%, plenamente aceitável para o fenômeno físico em questão.

Bancos de tubos ou de barras são encontrados nas indústrias nucleares e de processos, constituindo-se nos dispositivos mais comumente utilizados no desenvolvimento de trocadores de calor. As tentativas de elevar as taxas de transferência de calor nos trocadores de calor não consideram, como uma prioridade do critério de projeto, os efeitos estruturais causados pelo escoamento turbulento de fluido através do banco de tubos, a menos que ocorram falhas. Com a redução da relação entre passo e diâmetro do banco de tubos (espaçamento relativo), para otimizar o processo de transferência de calor, surgirão cargas dinâmicas, que não estão associadas ao processo de desprendimento de vórtices, como nos bancos de tubos com grandes espaçamentos relativos. Enquanto as cargas estáticas parecem surgir, principalmente, devido à forte queda de pressão que ocorre nas fendas estreitas entre os tubos, em bancos de tubos com pequeno espaçamento relativo, as cargas dinâmicas, provenientes do campo de pressões flutuantes, têm um comportamento aleatório, sem qualquer freqüência característica. As flutuações de pressão resultam das flutuações de velocidade nas diversas posições do campo de escoamento. O propósito desta tese é investigar o comportamento das flutuações de pressão e de velocidade, e sua interdependência, em bancos de tubos com arranjos triangulares e quadrangulares e diversos espaçamentos relativos e, baseado nos resultados obtidos, contribuir para o desenvolvimento dos critérios de projeto destes equipamentos. A seção de testes é constituída por um canal retangular com 1370 mm de comprimento, 146 mm de altura e uma largura máxima (ajustável) de 193 mm. O fluido de trabalho é o ar, impulsionado por um ventilador centrífugo, passando por uma câmara de tranqüilização e um conjunto de grades e telas, antes de alcançar o banco de tubos segundo um ângulo de incidência de 90o e com um valor em torno de 2 % de intensidade da turbulência. Tanto os arranjos triangulares como os quadrangulares possuem relação entre passo e diâmetro P/D = 1,60 , 1,26 , 1,16 e 1,05 com números de Reynolds calculados com base no diâmetro dos tubos (32,1 mm para todas as geometrias) e na velocidade do escoamento nas fendas estreitas entre os tubos, desde Re = 4•104 até 7•104. As velocidades e as flutuações de velocidade foram medidas por um anemômetro de fio quente a temperatura constante, enquanto as flutuações de pressão foram medidas por um transdutor de pressão piezo-resistivo, montado no interior de um dos tubos do banco e conectado a tomadas de pressão por mangueiras plásticas. O tubo instrumentado com o transdutor de pressão nos bancos podia girar de forma que foram efetuadas medições a cada 10o. A sonda de fio quente podia ser movimentada para diversas posições entre dois tubos no banco, ao longo de uma linha na direção do escoamento. A aquisição de dados de flutuações de velocidade e de pressão foi efetuada simultaneamente, para permitir a obtenção de resultados de correlações cruzadas, por uma placa conversora analógico-digital controlada por um micro computador. Os resultados experimentais estão apresentados, na forma adimensional, em médias quadráticas, funções de densidade auto-espectral e funções de correlação cruzada. As médias quadráticas das flutuações de pressão indicam uma distribuição mais uniforme das cargas dinâmicas em torno dos tubos na medida em que a razão P/D é diminuída. O comportamento dos espectros de flutuações de velocidade mostram diferentes decaimentos para os arranjos triangulares e quadrangulares, com valores decrescentes na medida em que a razão P/D é reduzida. A análise dos resultados dos espectros de flutuações de pressão mostra exponentes de -1 e -10/3, sendo a extensão da faixa deste último, maior para as maiores razões P/D. Os picos correspondentes ao processo de desprendimento de vórtices aparecem somente no arranjo com a maior relação P/D. Reduzindo a razão P/D, observa-se um aumento na energia dos menores vórtices do escoamento turbulento, degenerando em turbulência de banda larga. Os coeficientes de correlação cruzada entre flutuações de velocidade e de pressão diminuem enquanto a razão P/D aumenta. A análise dos resultados experimentais permite a identificação dos principais aspectos do processo de excitação das vibrações induzidas pelo escoamento em bancos de tubos conduzindo a recomendações para o projeto destes equipamentos. / Banks of tubes or rods are found in the nuclear and process industries, being the most common device used in the development of heat exchangers. Attempts to increase heat exchange ratios in heat transfer equipments do not consider, as a priority of project criteria, structural effects caused by the turbulent fluid flow across the tube bank, unless failures occur. By reducing the aspect ratio (pitch-to-diameter ratio) of a tube bank, to improve the heat transfer process, dynamic loads will appear, which are not associated to vortex shedding, as in large aspect ratios tube banks. While static loads seem to appear mainly due to the strong pressure drop which occurs in the narrow gaps between the tubes, in small aspect ratio tube banks, dynamic loads, arising from the fluctuating pressure field, have a random behavior, without any characteristic frequency. Pressure fluctuations result from velocity fluctuations at several positions of the flow field. The purpose of this thesis is to investigate the behavior of pressure and velocity fluctuations, and their interdependence, in tube banks with triangular and square arrangements and several aspect ratios and, based on the obtained results, to contribute for the development of the design criteria of these devices. The test section is a 1370 mm long rectangular channel, with 146 mm height and a maximal (adjustable) width of 193 mm. Air is the working fluid, driven by a centrifugal blower, passed by a settling chamber and a set of honeycombs and screens, before reaching the tube bank at an incidence angle of 90o and about 2 % turbulence intensity. Both triangular and square arrangements have pitch-to-diameter ratios P/D = 1.60, 1.26, 1.16 and 1.05 with Reynolds numbers, calculated with the tube diameter (32.1 mm for all geometries) and the velocity of the flow in the narrow gap between the tubes from Re = 4•104 to 7•104. Velocity and velocity fluctuations were measured by a constant temperature hot wire anemometer, while pressure fluctuations were measured by a piezo-resistive pressure transducer mounted inside one of the tubes in the bank and connected to pressure taps by plastic tubes. The tube instrumented with the pressure transducer in the banks could be rotated, so that measurements at each 10o were performed. The hot wire probe could be moved to several positions between two tubes in the bank, along a line in the flow direction. Data acquisition of velocity and pressure fluctuations was performed simultaneously, to allow cross-correlations results, by an analog-to-digital converter board controlled by a personal computer. Experimental results are presented in form of dimensionless RMS values, autospectral density functions and cross-correlation functions. RMS values of pressure fluctuations indicate a more uniform distribution of dynamic loads around the tubes as the P/D ratio decrease. Behavior of the velocity fluctuation spectra show different decay for triangular and square arrays, with decreasing values as the P/D ratio is reduced. Analysis of the results of spectra of pressure fluctuations shows exponents of -1 and -10/3, being the extension range of the latter larger for the widest P/D ratios. Peaks corresponding to vortex shedding appear only at the bank with the largest P/D ratio. By reducing the P/D ratio an increase on the energy of the smallest eddies of the turbulent flow is observed, degenerating in to broad band turbulence. Cross-correlation coefficients between velocity and pressure fluctuations decrease as the P/D ratio is increased. Analysis of the experimental results allows the identification of the main features of the excitation process of flow induced vibrations in tube banks leading to recommendations for the design of these equipments.

Dutos flexíveis são estruturas utilizadas na indústria do petróleo em aplicações off-shore. O aspecto construtivo destes componentes compreende várias camadas metálicas e poliméricas, sendo que a camada mais externa (polimérica), forma uma barreira contra o ambiente marinho. Quando há o rompimento da camada polimérica externa, a integridade do duto é afetada pelo contato das partes metálicas com a água do mar. Este estudo compreende uma fase de projeto que visa o desenvolvimento de uma ferramenta automatizada de reparo, aplicada em danos na camada externa polimérica em dutos flexíveis. Dentro do âmbito do projeto, o objetivo do trabalho é avaliar a proposta de aplicar uma resina epoxídica para vedação do dano a ser reparado, e o emprego de etilenoglicol como substância capaz de controlar a corrosão das camadas metálicas do riser flexível. Existindo dificuldades em caracterizar os processos de corrosão dentro das circunstâncias projetadas, no presente trabalho foram avaliadas duas situações: o comportamento eletroquímico e de adesão resultantes da aplicação de uma resina epóxi (N-2680), sobre aço úmido com água do mar sintética e etilenoglicol; e o comportamento eletroquímico da corrosão de arames de riser em misturas contendo: etilenoglicol/água do mar sintética e etilenoglicol/água deionizada. As características de adesão da resina foram obtidas através de ensaio de força de adesão em tração, e câmara de névoa salina. Os estudos do comportamento eletroquímico dos sistemas foram realizados através da técnica de ruído eletroquímico. Os resultados dos testes de adesão revelaram que, adesão da resina epóxi N-2680 é fortemente afetada pela presença de fase liquida sobre a superfície do aço durante a aplicação. A modificação da corrosividade das misturas contendo etilenoglicol e água deionizada foi observada, a partir da modificação de frequência de corte nos gráficos de densidade espectral de potência do ruído eletroquímico. Em misturas contendo etilenoglicol e água do mar sintética, através de análise microscópica, observou-se a presença de corrosão localizada nos arames de riser em proporções específicas. / Flexible risers are used in the oil industry in offshore applications. The constructive aspect of these components comprises several metallic and polymeric layers, wherein the outermost layer (polymeric), forms a barrier against the marine environment. When there is a failure of the outer polymeric layer, the pipe integrity is affected by contact of metal parts with seawater. This study comprises a design phase that aims at developing an automated repair tool, applied in damage on the polymeric outer layer of flexible pipe. Within the scope of the project, the objective of this research is to evaluate the proposal to apply an epoxy resin to seal the damage to be repaired, and the use of ethylene glycol as a substance capable of controlling the corrosion of the metal layers of the flexible riser. Existing difficulties in characterizing the corrosion processes within the projected circumstances, in this work were evaluated two situations: the electrochemical and adhesion behavior in the case of application of an epoxy resin (N-2680), on damp steel with synthetic seawater and ethylene glycol; and the electrochemical behavior of corrosion riser wires in mixtures containing: ethylene glycol/synthetic seawater and ethylene glycol/deionized water. The resin adhesion characteristics were obtained through bond strength test, and salt spray chamber. Studies of the electrochemical behavior of the systems were performed by electrochemical noise technique. The results of adhesion tests showed that the epoxy resin is strongly affected by the liquid phase on steel surface during application. The modification of corrosivity of mixtures containing ethylene glycol and deionized water was observed from the cutoff frequency change, when analyzed via power spectral density of the electrochemical noise. In mixtures containing ethylene glycol and synthetic sea water, by means microscope analysis, showed the presence of localized corrosion in the riser wires in specific proportions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2015-05-26T04:09:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 333639.pdf: 3849323 bytes, checksum: c94d21a2a71f465a1bcd59f4c13d69c1 (MD5) Previous issue date: 2015 / Torres de resfriamento são empregadas para o resfriamento de água utilizada em processos industriais. Neste procedimento, cerca de 2 a 3% do volume da água resfriada é expelida para o ambiente em uma mistura de vapor saturado e ar. Este volume de água pode ser significativo, se tornando um problema ambiental, especialmente em locais onde este insumo é escasso. Portanto, um processo que possa capturar, condensar e devolver à indústria parte desta água perdida por evaporação é importante quando se busca reduzir o consumo e empregar de forma racional este recurso. Neste sentido, o presente trabalho propõe o emprego de estruturas resfriadas por meio de conjunto de tubos de cobre, conectados em um circuito de água fria, que simulam o comportamento do evaporador de termossifões, localizados dentro das torres e em contato com o ar úmido e quente e cujos condensadores estão em contato com o ambiente. Para melhorar a performance destes dispositivos, duas estruturas de condensação em contato com os evaporadores são estudadas: uma formada por um conjunto de tubos de cobre aletados em contato com um meio poroso, e outra semelhante, porém, sem as aletas. O meio poroso estudado consiste em fitas flexíveis de aço inox espiraladas, semelhantes a uma esponja metálica porosa. Uma estrutura semelhante já foi previamente testada em bancadas adequadas, mostrando resultados promissores. Afim de testar a tecnologia proposta, foi construído em laboratório, em escala reduzida, uma torre de resfriamento de tiragem mecânica induzida com fluxo cruzado (com dupla entrada de ar). As estruturas de condensação foram inseridas no seu interior ao lado do enchimento. De uma forma simplificada, o processo a ser monitorado na torre de resfriamento assistida pelas estruturas consiste no escoamento de ar ambiente, que entra pelas laterais da torre passando pelo enchimento (sistema de calhas responsável por retardar a velocidade de escoamento da água, permitindo um maior tempo de contato entre ar e água). Depois de umidificado, o ar percola o meio poroso (estrutura de condensação), o que permite a condensação de parte do vapor contido no ar úmido. Este condensado é, por efeito da gravidade, conduzido até bandejas de recolhimento localizadas na região inferior da torre sendo o seu volume medido. O aparelho experimental em escala reduzida permite controlar a velocidade do ventilador, a temperatura e a vazão mássica de água paraser arrefecida e a temperatura e a vazão da água para ser utilizado nos tubos de cobre que simulam os termossifões. A umidade do ar ambiente e temperatura são variáveis não controladas. Os resultados apontam que a estrutura de condensação sem aleta apresentou uma capacidade maior em recuperar água, com uma porcentagem máxima de 9,36 % da água perdida pela torre, em relação à estrutura contendo aletas, com 8,18% de recuperação máxima. Esta diferença pode estar relacionada com a disposição do meio poroso nos tubos de cobre, a quantidade de meio poroso e o método de construção adotado para confeccionar as estruturas. Estudos preliminares mostram um potencial maior de recuperação de água que deve ser buscado na continuação da presente dissertação.<br> / Abstract: Cooling towers are used to cool the water utilized in industrial processes. Through this process, roughly 2 to 3% of the volume of the cooled water is lost to the environment as a mixture of saturated steam and air. This volume of water can be significant, becoming an environmental problem, especially in places where this input is scarce. Therefore, a process that can condense, capture and return part of this water to the industry is important when seeking to reduce consumption and employ rationally this resource. In this sense, this work proposes the use of structures passively cooled through a set of copper tubes, connected in a cold water circuit, which simulate the thermosyphon evaporator behavior, located inside the towers and in contact with moist air and hot and whose capacitors are in contact with the environment. To improve the performance of these devices, two types of condenser structures, which are attached to the evaporators, are studied: one formed by a set of finned copper tubes in contact with a porous medium, and another that uses the same structure, however, without the fins. The porous medium is composed by flexible highly twisted metallic tapes, which works like porous metal foams. The condensation within this structure has previously been tested in an appropriate apparatus, showing promising results. In order to test the proposed technology, it was built in the laboratory, on a smaller scale, a mechanical draft cooling tower, cross-flow induced and with dual air intake. The condensation structures were inserted inside, next to the two fillings, which, in turn, are located close to the tower lateral walls. Therefore, the main parameter to be monitored in the cooling tower assisted by these structures is the flow of air, which enters through the side of the tower through the filling (system responsible for slowing the rate of flow of water, allowing greater contact time between air and water). After humidified, air percolates through the porous (condensation structure), which allows the condensation of the steam contained in the humid air. Therefore, as the condensed vapor forms water, droplets, these are dragged by gravity and conducted at a specific reservoir located in the bottom region of the tower. The experimental small-scale apparatus can control the fan speed, temperature and water flow to be cooled and the temperature and flow of water to be used in copper tubes, which mimic the thermosyphon. The humidity of the ambient air temperature and are not controlled variables. The results show that the condensation structure without fins had a greater ability to recover water, with a maximum percentage of 9.36% of the water lost by the tower, incomparison with the structure containing fins, which recovers the maximum of 8.18%. This difference may be related to the arrangement of the porous copper pipes, the amount of the porous medium and the method of construction adopted for making the structures. Preliminary studies show a greater potential for water recovery to be pursued in the continuation of this dissertation.

[pt] Hoje em dia trocadores de calor com tubos aletados são largamente empregados em sistemas de condicionamento de ar, radiadores, etc. O presente trabalho é uma tese teórico-experimental sobre trocadores de calor com uma e duas fileiras de tubos aletados. É feita uma análise bi-dimensional da aleta do trocador e coeficientes locais de troca de calor são utilizados na obtenção da distribuição da temperatura de mistura do ar ao alongo da aleta. Este procedimento é feito para vários números de Reynolds e materiais da aleta. Através da analogia entre transferência de massa e de calor, os coeficientes locais de troca de massa obtidos por Saboya e Sparrow 2, 3 e 6 foram transformados em coeficientes locais de troca de calor. Esta analogia emprega um expoente que geralmente é desconhecido. Devido ao desconhecimento do expoente da analogia, para o caso de trocadores com duas fileiras de tubos, foi realizada uma experiência onde foram coletados dados para o cálculo do expoente. São também apresentados os coeficientes médios de troca de calor para aletas isotérmicas, na forma adimensional de números de Nusselt, para trocadores com uma fileira de tubos aletados centrados e recuados e para trocadores com duas fileiras de tubos aletados. Com a eficiência da aleta e com números de Nusselt médios de aletas isotérmicas, é possível calcular a taxa real de transferência de calor ou a área real de trocar de calor. / [en] Nowadays heat exchangers consisting of tubes and plate fins have many engineering applications such as air contioning systems, radiators, etc. The present work is a theoretical-experimental thesis about one and two row tubes and plate fins heat exchangers. By means of a two-simensional analysis performance, and using local heat trasnfer coefficients, the plate fin temperature distrubution, the air bulk temperature along the stream path and the fin efficiency can be obtained, for several Reynolds numbers and fin materials. Using heat-mass transfer analogy, the local mass transfer coefficientes measured by Saboya and Sparrow 2, 3 and 6 were transformed into local heat trasnfer coeficcients. This analogy employs an exponent usually unknown. An experiment was accomplished, and data was collected for the calculus of such exponent in the case of two row tubes heat exchangers, confugurations. Herein are also presented the average heat trasnfer coefficientes for isothermal plate fins, referring to heat exchangers with central-tube and rear-tube row and two-row tubes heat exchangers configurations. It is possible to obtain the real tax or the real area of heat trasnfer, using the average heat trasnfer coefficients for isothermal plate fins and the fin efficiency.

O aumento da confiabilidade operacional é responsável pela elevação da segurança em plantas industriais assim como, pela redução de custos com manutenção. Engenheiros de inspeção, em muitos casos, utilizam métodos estatísticos que possibilitam a execução de inspeção por amostragem, nestes casos extrapolações dos resultados obtidos nos ensaios devem ser feitas para a partir daí estimar as condições físicas do equipamento como um todo. Propomos neste estudo dois métodos de cálculo que quando aplicados nos resultados de ensaio IRIS se possa estimar a menor espessura presente no feixe tubular. O primeiro método, designado como método de cálculo I, utiliza os conceitos de arranjo simples em conjunto com a delimitação do grupo de tubos de interesse na obtenção da estimativa da menor espessura presente no feixe tubular. O segundo método de cálculo, método de cálculo II, consiste em uma adaptação do método de cálculo proposto pela JSCE para a estimação da profundidade de pite no feixe, este método utiliza a distribuição dos valores de espessuras obtidos no ensaio, para através do conceito de período de retorno realizar cálculos que proporcionem obter uma estimativa da menor medida de espessura presente no feixe. Os métodos de cálculo estatísticos existentes utilizados na estimativa de menores espessuras em vasos e tubulações se baseia no ajuste dos valores de espessura obtidos por ensaios à curvas de distribuição previamente estabelecidas, verifica-se que este ajuste em geral não é encontrado para os dados utilizados no método de cálculo II, esta falta de aderência pode ser explicada quando são analisados vários aspectos no que se refere a operação e a atuação de mecanismos de corrosão em feixes tubulares de permutadores de calor: Intensidades diferenciadas de processos corrosivos em passes distintos, mecanismos de corrosão distintos que produzam taxas de desgaste semelhante externa e internamente aos tubos, variações no processo que proporcionem alterações nos fenômenos corrosivos. Para avaliar o ajuste dos valores medidos à curva de distribuição empregamos os métodos gráficos PP-Plot e QQ-plot e para determinar os parâmetros necessários a curva de distribuição utilizamos a estimação de máxima verossimilhança. No método de cálculo I o tamanho da amostragem necessária para a probabilidade de obtenção desejada varia de forma não linear com o número de tubos do feixe e com o percentual de tubos de interesse, em geral não há um aumento significativo na probabilidade de obtenção de uma medida em percentuais de interesse acima de 4% dos tubos presentes no feixe. O método de cálculo II possui aplicabilidade apenas em feixe com no mínimo 600 tubos e pode apresenta erro na estimativa de até ± 0,2mm, para feixes com 1500 tubos o erro máximo varia com o período de retorno utilizado e pode alcançar valores entre ±0,3. / Increased operational reliability is responsible for security in lifting industrial plants as well as the reduction of costs with maintenance, inspection engineers, in many cases, using techniques of inspection and sampling by complementing these tests employ statistical methods to make extrapolations of the results from tests for the equipment as a whole. We propose in this study two methods of calculation that can be applied in the test results for IRIS that it is possible to estimate the maximum depth of pite in the tubular beam, the first method ,designated as of calculation method I, use the concepts of permutation in together with the delineation of sets of tubes of interest in obtaining the estimate of the lower thickness in the bundles. The second calculation method, calculation method II, is an adaptation of the method of calculating proposed by JSCE to estimate the depth of pite in the bundles, this method uses the distribution of values of thickness obtained in the test for using the concept of time return to perform more calculations to provide an estimate of the lowest measure of thickness in the bundles. The existing statistical methods of calculation used to estimate the thickness in smaller vessels and pipes is based on the adjustment of the values of thickness obtained by testing the distribution curves of previously established, it appears that this adjustment generally is not found for the data used in Calculation Method II, this lack of adherence may be explained when they are examined several aspects as regards the operation and performance of mechanisms of corrosion of bundles in heat exchangers: corrosion processes with different intensities in different passes, different mechanisms of corrosion that produce similar wear rates of the external and internal tubes, which provide variations in changes in corrosive phenomena. To assess the fit of the measured values of the distribution curve of the methods employed graphic Plot and PP-and QQ-plot, to determine the parameters needed to use the curve of distribution of maximum likelihood estimation. In the method of calculating the size of the sample I needed for the likelihood of achieving desired changes in a non-linear with the number of tubes of the bundle and the percentage of tubes of interest, in general there is a significant increase in the probability of obtaining a measured in percentage of interest above 4% of the tubes in the bundle. The calculation method II has applicability only to bundles with at least 600 tubes and may make the estimation error of up to ± 0.2 mm for bundles with 1,500 pipes the maximum error varies with the period of return used and can reach values between ± 0 3.

Com o avanço da indústria do petróleo, há uma grande necessidade de tubulações e componentes resistentes a ambientes corrosivos, ocasionando a necessidade de materiais resistentes a esse tipo de ambiente sem prejuízo às propriedades mecânicas, por isso existe a necessidade da caraterização das propriedades mecânicas. As técnicas convencionalmente aplicadas são os ensaios mecânicos tradicionais, porém eles muitas vezes são muito complexos de serem realizados, não fornecem os dados necessários ou muito caros. Este trabalho apresenta a técnica de ultrassom realizado a partir do método de pulso-eco, para a determinação das constantes elásticas de um tubo compósito comercial de resina epóxi reforçada com fibra de vidro. Alguns trabalhos nessa área já foram realizados, mas neles são apresentados amostras planas ou em forma de chapas, ao contrário do apresentado nesse trabalho que faz medidas em tubo compósito. Com as medidas de ultrassom se obtém as velocidades ultrassônicas longitudinais e transversais em determinadas direções para o cálculo das constantes elásticas e a partir destas, as propriedades mecânicas do material. Essa técnica foi adotada pela dificuldade de se obter as variáveis das constantes elásticas por ensaios mecânicos e por se tratar de uma técnica não destrutiva. Os experimentos são realizados com amostras de fibra de vidro/epóxi considerados transversalmente isotrópicos para simplificação do modelo, utilizando transdutores com frequências de 2 e 4 MHz para a determinação das velocidades longitudinais e 1 MHz para as velocidades transversais com sapatas de 45 e 60º para o aço, com ângulos corrigidos para compósito de 19,1 e 44º, respectivamente. Para o cálculo das constantes elásticas também é necessária a determinação da densidade do compósito que foi realizada por picnometria a hélio. Paralelamente aos ensaios de ultrassom, foram realizados ensaios mecânicos de tração em corpos de prova do tipo anel (direção x) e do tipo halteres (direção z) para a avaliação das propriedades mecânicas. Além dos ensaios de ultrassom e ensaios de tração, foi realizada a análise química do tubo compósito pela técnica de fluorescência de raios X. Os ensaios mecânicos nos forneceram módulo de elasticidade de 22,04 GPa (direção x) e módulo de elasticidade de 10,30 GPa (direção z). Os módulos de elasticidade obtidos por ultrassom na direção x e z foram 16,90 e 13,82 GPa, respectivamente. A fração volumétrica de fibra foi de 27,27% e análise química por fluorescência de raios X identificou a presença de 56,76% de material orgânico, 24,38% de SiO2, 12,05% de CaO, 4,85% de Al2O3 e outros compostos 1,96%. / With the advancement of the petroleum industry, there is a great need for piping and components resistant to corrosive environments, resulting in the necessity for materials resistant to this kind of environment subject to mechanical properties, so there is the need for characterization of mechanical properties. The techniques conventionally ap-plied are the traditional mechanical tests, but they are often very complex to apply, do not provide the necessary data or very expensive. This paper presents the ultrasound technique performed using the pulse-echo method for the determination of the elastic constants of a composite tube commercial epoxy resin reinforced with glass fiber. Some studies in this area have been developed but samples are presented them flat or shaped plates, contrary to what is presented in this study measures composite tube. With ultra-sound measurements obtained ultrasonic velocities in the longitudinal and transverse directions, completed for the calculation of the elastic constants and from these, the me-chanical properties of the material. This technique was adopted by the difficulty of ob-taining the variables of the elastic constants for mechanical testing and it is a non-destructive technique. The experiments are carried out with samples of glass fiber/epoxy considered transversely isotropic to simplify the model, using transducers with frequen-cies of 2 and 4 MHz for determining the speed longitudinal and 1 MHz for speeds transverse shoes 45 and 60º for steel, with fixed angles for composite of 19.1 and 44º, respectively. For the calculation of the elastic constants is also necessary to determine the density of the composite was performed by helium pycnometry. Alongside the ul-trasound tests were performed on tensile test specimens of type ring (x direction) and the type dumbbells (z direction) for the evaluation of mechanical properties . Besides the ultrasound tests and tensile tests was performed chemical analysis of composite pipe technique of X-ray fluorescence The mechanical tests provided us with modulus of 22.04 GPa (x direction) and modulus of elasticity of 10.30 GPa (z direction) . The mod-ulus of elasticity using ultrasound in x and z direction were 16.90 and 13.82 GPa, re-spectively. The fiber volume fraction was 27.27% and chemical analysis by x-ray fluo-rescence showed the presence of 56.76 %, organic material, 24.38 % SiO2, 12.05 % CaO, 4.85% Al2O3 and 1.96% other compounds.

As condições para a exploração do petróleo em campos do pré-sal são mais severas que as convencionais no que se refere à pressão, temperatura, concentração de CO2 e H2S. Nesse contexto, os dutos responsáveis pela transferência do petróleo do fundo do mar até os tanques de armazenamento na superfície representam uma importância fundamental no processo de produção do petróleo. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento em corrosão-fadiga de juntas soldadas do aço API 5L X60 em solução aquosa salina contendo 115.000 ppm de cloretos e CO2 e avaliar a influência do H2S e do inibidor de corrosão. A ênfase na avaliação da região da solda se dá por ela ser um dos pontos mais suscetíveis a sofrer o processo de degradação por corrosão-fadiga. Nessa região, além do concentrador de tensões, são geradas tensões residuais trativas e mudanças microestruturais devido ao processo de soldagem que acarretam em queda no desempenho em fadiga na presença de meios agressivos. Neste estudo utilizou-se controle de carga sob flexão a quatro pontos, razão de carregamento de 0,1, frequência de carregamento de 0,5 Hz e run out de 1 milhão de ciclos. Com as curvas de Wöhler geradas, os resultados foram comparados e foi possível verificar o efeito benéfico causado pela utilização do inibidor de corrosão e o efeito deletério associado à presença de H2S. / The conditions for the oil fields exploitation in the pre-salt are more severe than those present in usual conditions, regarding to pressure, temperature, CO2 and H2S concentration. In this case, the pipelines responsible for the oil transfer from the seabed to the surface storage tanks represent a fundamental importance in the production of oil. Thus, the aim of this work is to study the corrosion-fatigue behavior of welded steel API 5L X60 in aqueous salt solution containing 115.000 ppm of chlorides and CO2, also, evaluate the influence of H2S and corrosion inhibitor. Bearing in mind that the weld region is one of the most likely to suffer degradation process of corrosion-fatigue, due to the tensile residual stresses generated by the welding process, which are aggravated in the presence of aggressive environment. The experiments were conducted using force control in a four point bending configuration, load ratio of 0.1, loading frequency of 0.5 Hz and run out of one million cycles. With the Wöhler curves plotted, the results were compared and it was possible to verify the beneficial effect caused by the use of corrosion inhibitor and the harmful effect caused by the presence of H2S.

Este trabalho buscou avaliar a técnica ultrassônica de Tempo de Voo da Onda Difratada (TOFD - Time-Of-Flight-Diffraction) para o monitoramento de trincas de fadiga nucleadas no interior de tubos de aço Superdúplex. Para isso, foram fabricados corpos de prova do tipo single edge bending SE(B) a partir de um tubo de aço Superdúplex sem costura. Estas amostras foram ensaiadas em fadiga, e o crescimento de trinca foi monitorado com as técnicas de TOFD, de Flexibilidade no Descarregamento (Compliance) – durante os ensaios, foram dadas sobrecargas mecânicas que causaram deformação plástica. As deformações serviram de pontos de referência para analisar o crescimento de trinca. Para aferir a validade os resultados obtidos com o TOFD nos ensaios de fadiga e fazer uma correlação com o monitoramento em campo de defeitos em tubos de aço Superdúplex, foi fabricado um padrão que simulou um tubo com defeito interno conhecido. Este padrão foi inspecionado com o TOFD, empregando os mesmos equipamentos e parâmetros utilizados nos ensaios de fadiga. Foi possível monitorar o crescimento de trinca em fadiga utilizando a técnica de TOFD e houve forte correlação entre os dados obtidos com o TOFD e o Compliance. A inspeção no tubo padrão manteve uma diferença entre a medida real e a obtida com o TOFD proporcional às encontradas durante o monitoramento dos ensaios de fadiga. / This study aimed to evaluate the ultrasonic technique Time-Of-Flight-Diffraction (TOFD) in monitoring fatigue nucleated cracks within super duplex steel pipes. In order to do it, single edge bending SE (B) specimens were manufactured using a super duplex steel seamless pipe. These samples were tested in fatigue and crack growth was monitored with two different techniques: TOFD and Flexibility in Unloading (Compliance). During the tests, it was used mechanical overloadings so deformation would be cause on the steel pipes. The deformations caused by that served as reference points to analyze the cracking growth. Thus, to assess the validity of the data obtained with the TOFD in fatigue tests, it was made a pattern that simulated a tube with known internal defect. This pattern was inspected with the TOFD, using the same equipment and parameters used in the fatigue tests. A correlation with the monitoring of defects field super duplex steel pipes was also made. The experiment has shown it is possible to monitor the cracking growth fatigue using the TOFD technique. Figures indicate, as well, there is a strong correlation between results obtained with the TOFD and Compliance. The inspection of the standard steel pipe maintained a difference between the actual measurement and obtained measurement. That difference was proportional from TOFD data and those found during the monitoring of the fatigue tests.