Orientador: Fernando Iguti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T07:15:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arcaro_ViniciusFernando_D.pdf: 21746782 bytes, checksum: 85e16f75faf1ede316edf57c4fb26e90 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho considera dois tipos de coberturas tridimensionais: treliça espacial e rede de cabos, focalizando na formulação exata do tratamento teórico de hastes quando sujeitas a grandes mudanças na geometria. No caso de treliça espacial, apresenta urna heurística para o dimensionamento de mínimo peso de treliças espaciais constituídas por tubos cilíndricos de aço. A estratégia de mínimo peso significa um esforço para minimizar o custo deste tipo de treliça que é bastante comum na prática da engenharia civil. Nos subproblemas de cálculo de equilíbrio, o surpreendente desempenho do método quase Newton sem memória é revelado quando comparado com os métodos quase Newton e Newton. Uma aplicação da heurística a um caso real envolvendo milhares de deslocamentos e milhares de barras é apresentado. No caso de rede de cabos, proporciona um guia realista seguro sobre o comportamento de sistema estruturais com rede de cabos. A formulação matemática é especialmente adequada para modelar a etapa de tensionamento que é geralmente necessária nas tenso estruturas. Os resultados de um modelo experimental de rede de cabos tensionados, na forma de um parabolóide hiperbólico, ancorada em vigas rígidas retas, são comparados com os resultados do modelo teórico. Um caso real é analisado, onde a estrutura é urna rede de cabos de aço, na forma de um parabolóide hiperbólico, ancorada num anel de concreto, cujo eixo projeta uma elipse no plano horizontal / Abstract: This work considers two types of tridimensional roofs: space truss and cable network, focusing on exact formulation in the theoretical treatment of stems when subjected to large changes in geometry. In case of space truss, it presents a heuristic to minimum weight design of space trusses composed of steel cylindrical tubes. The minimum weight strategy means an effort to minimize the cost of this type of truss, which is very common in the civil engineering practice. In sub-problems of equilibrium calculation, the surprising performance of the memoryless quasi Newton method is revealed when compared to the quasi Newton and Newton methods. An application of the heuristic to a real case encompassing thousands of displacements and thousand of members is presented. In case of cable network, it provides a sound practical guidance on the behavior of cable structural systems. The mathematical formulation is specially suited to model the tensioning stage, which is generally necessary in tension structures. The results from an experimental model of a tensioned cable network, in the shape of hyperbolic paraboloid, anchored at straight rigid beams, are compared with the results from the theoretical model. A real case is analyzed, where the structure is a steel cables network, in the shape of hyperbolic paraboloid, anchored at a concrete ring bearn, whose axis projects an ellipse in the horizontal plane / Doutorado / Mecanica Computacional / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T22:44:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Damasco_Astrid_D.pdf: 55690110 bytes, checksum: 6c2d5f5f7cbef8c9f338896b128300d0 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: A motivação deste trabalho surgiu do fato da indústria automobilística usar em larga escala o processo de soldagem a ponto por resistência elétrica para a produção de juntas de chapa/chapa e de chapa/tubo com diferentes espessuras, revestimentos e composição química, sendo que ainda há uma série de dificuldades práticas associadas a algumas combinações chapa-tubo- revestimentos e, inclusive, com poucos dados disponíveis na bibliografia especializada. Foi feito, neste trabalho, a caracterização e análise do processo de soldagem a ponto por resistência elétrica para juntas de chapa sobre chapa e de chapa sobre tubo constituídas de aço baixo carbono, com diferentes composição química, espessura e revestimento. Para tanto, foram utilizadas chapas de aço ASTM 1005, de 0,95 mm de espessura, zincadas e tubos de aço ASTM 1023, de seção quadrada 30X30 mm2, com espessuras de 1,5 mm, 2,0 mm e 3,0 mm, todos fosfatizados. Com esses materiais foram obtidas juntas de chapa/chapa e chapa/tubo com diferentes combinações de espessuras ( 0,95/1,5 mm; 0,95/2,0 mm e 0,95/3,0 mm) e revestimentos (zinco/fosfato; zinco/zinco e decapados). As juntas de interesse foram submetidas ao processo de soldagem a ponto por resistência, cujos parâmetros de processo foram previamente determinados com base na chapa mais fina (0,95 mm de espessura), de modo a se obter intervalos de corrente de soldagem para cada combinação de espessura e revestimento.Os parâmetros de processo estudados foram corrente de soldagem, tipo de eletrodos e força entre eletrodos. As juntas obtidas foram analisadas quanto aos seus aspectos externos (identação, deformação e expulsão), aspectos internos (macroestrutura, diâmetro de lente, penetração, vazios e trincas), propriedades mecânicas (resistência à tração axial e torque máximo) e modo de fratura macroscópica. Para as juntas de chapa/chapa foram obtidos intervalos de soldagem maiores que 2,0 kA, garantindo ampla faixa de soldabilidade, para as diferentes combinações de espessuras de chapas e dos revestimentos de chapas estudados. Também foi possível obter intervalos de soldagem maiores que 2,0 kA para as juntas de chapa/tubo, com tubos de 2,0 mm e 3,0 mm de espessura nas diferentes combinações de revestimentos estudadas. A soldagem em tubos de 1,5 mm de espessura foi viabilizada através do desenvolvimento de quatro diferentes processos, sendo que todos os quatro resultaram em intervalos de soldagem acima do valor mínimo de 1,0 kA, a partir do qual um processo de soldagem a ponto por resistência elétrica é considerado viável. Esses processos envolvem a utilização de alguns dispositivos desenvolvidos pela autora, e que levaram a valores razoavelmente altos de carga de tração e de torque máximo. Em alguns casos, os pontos de solda obtidos apresentaram vazios no interior da lente de solda ou trincas na superfície da chapa de 0,95 mm. Contudo, todos os pontos obtidos dentro dos intervalos de soldagem apresentaram valores de carga de tração máxima e de torque máximo maiores que o mínimo prescrito na literatura especializada / Abstract: The motivation for this work came from the fact of the automobile industry uses on a large-scale the resistance spot welding of low-carbon steel of sheet/sheet and sheet/tube joints, with different composition, thickness, and coating, and there are a few information on these complex joints in the bibliography. A characterization and analysis ofthe resistance spot welding process for sheet/sheet and sheet/tube joints of low-carbon steel, with different composition, thickness, and coating has been conducted. For that, ASTM 1005 steel zinc coated sheet, 0.95 mm thick, and ASTM 1023 steel square tube, 30x30 mm2, 1.5, 2.0, and 3.0 mm thick, in a phosphorised condition have been utilized, for obtaining sheet/sheet and sheet/tube joints with different thickness combination (0.95/1.5 mm; 0.95/2.0 mm; 0.95/3.0 mm), and coating (zinc/phosphate; zinc/zinc; and uncoated). The joints were welded by using the welding parameters obtained from the thinest sheet (0.95 mm thick) in order to obtain welding electric current intervals for each thickness and coating combinations. The welding electric current, type of electrode, and welding force have been studied. The joints have been analysed from the following points of view: external aspects (indentation, deformation, and expulsion); inner aspects (macrostructure, nugget, diameter, penetration, shrinkage void, and cracks); mechanical properties (ultimate tensile load and maximum torsional moment), and macroscopic fracture mode. It was observed electric current welding intervals greater than 2.0 kA for all sheet/sheet joints, that means wide weldability for different combinations in sheet thickness and coating. It was possible to observe also current welding intervals greater than 2.0 kA for sheet/tube joints, 2.0 and 3.0 mm thick for all coating conditions. On the other hand, it was possible to obtain good welds in 1.5mm thick tube only by using four different processes, and as a result of these, it was also possible to obtain current welding intervals greater than the minimal value 1.0 kA. Some of the fixtures used in these four processes were developed by the author. In some case, there were shrinkage voids in the nugget or cracks frem 0.95 mm thick sheet surface. Therefore, all nugget obtained in the current welding intervals presented ultimate tensile load and maximum torsional greater than the minimal value recommended in the bibliography / Doutorado / Materiais e Processos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T06:37:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_ValdirsonPereira_M.pdf: 606290 bytes, checksum: 25b8fe6db230e078d4fe26ed1ffe94b4 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: A intensificação da troca de calor avaliada fundamentalmente em termos do coeficiente de transferência de calor do escoamento em tubos lisos e com inserção de molas espirais de perfil circular e retangular foi investigado no presente trabalho. Nesse sentido, utilizou-se uma bancada experimental montada para tal avaliação. Os ensaios foram realizados fixando a temperatura de entrada na seção de ensaios na ordem de 2,6°C. Para a realização dos ensaios, a vazão mássica de água variou na faixa entre 0,050 a 0,310 kg/s, correspondendo a valores de Reynolds, Re, da ordem de 2900 e 15000, respectivamente. Os resultados experimentais mostram que o tubo com mola espiral com perfil retangular apresentou o melhor desempenho do coeficiente de transferência de calor, seguido do tubo com mola com perfil circular e do tubo liso. Para reduzidos valores de número de Reynolds, o coeficiente de transferência de calor para os três tubos tendem a mesma ordem. Os resultados experimentais mostram que a perda de carga aumentou com o incremento da vazão mássica, onde o tubo com mola com perfil retangular apresentou os maiores valores. Na análise final ao se avaliar o desempenho termo-hidráulico conclui-se que o tubo com mola espiral com perfil circular é um pouco superior do que o tubo com mola de perfil retangular. Analizou-se também os resultados obtidos por intermédio das correlações, de Gnielinski e de Bergles, comparando-as com os resultados obtidos experimentalmente. / Abstract: This study of change of heat appraised fundamentally in terms of coefficient of transfer of heat of the water in drainage in smooth tubes and with insert of spiral springs of circular and rectangular profile it was investigated in the present work. In that sense it was used a supported experimental mounted for such evaluation. The rehearsals were accomplished fixing the entrance temperature in the section of rehearsals in the order of 2,6°C. In the accomplishment of the rehearsals the mass flow of water varied in the interval among 0,50 to 0,310 kg/s corresponding to values of number Reynolds, Re, of the order from 2900 to 15000, respectively. The experimental results show that the tube with spiral spring with rectangular profile presented the best acting of the coefficient of transfer of heat, followed by the tube with spring with circular profile and of the smooth tube. For reduced values of number Reynolds the coefficient of transfer of heat for the three tubes was of the some order. The experimental results show that the load loss increased with the increment of the mass flow where the tube with spring with rectangular profile presented the largest values. In the analysis final to evaluate the term-hydraulic acting is ended that the tube with spiral spring with circular profile is a little larger than the tube with spring of rectangular profile. It was verified the results also obtained through the correlations, of Gnielinski and of Bergles comparing them with the results obtained experimentally. / Mestrado / Refrigeração e Condicionamento Ambiental / Mestre Profissional em Engenharia Mecanica

Orientador: Edmundo Pacheco Hora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Artes / Made available in DSpace on 2018-08-11T20:38:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cecilio_Handel1963-_M.pdf: 14484380 bytes, checksum: 05c0451cf1bbf3fbc3497020106ff38a (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O Órgão de Tubos da Venerável Ordem Terceira do Carmo de Diamantina sempre foi um grande enigma para organistas e organeiros. A maior incógnita seria, nesse sentido, definir seu estilo, sobretudo se corresponde à estética da escola de construção ibérica. Nesse contexto, esta pesquisa teve como objetivo inicial a busca pela identidade do Órgão do Carmo de Diamantina por meio do levantamento técnico e histórico desse instrumento. De forma complementar, verificou-se que algumas dúvidas sobre o Órgão de Diamantina também precisavam ser esclarecidas, as quais estavam correlacionadas com a base desse instrumento, a extensão e a partição do Manual, se o instrumento consiste realmente em um Órgão de Registros Partidos, a localização dos Foles (originais e atuais) e a verificação de que se tratam os Foles atuais e se todos os Tubos são originais. Com o avançar das pesquisas, abriu-se um desdobramento para uma possível relação desse órgão com o Órgão da Matriz do Distrito de Córregos, resultado da análise dos documentos da reforma do Órgão do Carmo em 1940. Levantou-se então a hipótese de que, na referida reforma, alguns Tubos do Órgão de Córregos poderiam ter sido levados para Diamantina e utilizados no Órgão do Carmo. O desafio desta pesquisa manifestou-se, a princípio, pela ausência de literatura e de uma ampla documentação sobre esses dois instrumentos e pela incipiente bibliografia específica acerca da organaria colonial brasileira. Em decorrência disso, foi desenvolvida uma extensa investigação bibliográfica dos documentos associados aos referidos órgãos e aos seus respectivos organeiros, complementada por uma viagem a Portugal (região de Braga) e a várias cidades históricas de Minas Gerais, percorrendo-se o roteiro das cidades por onde atuou José Joaquim Emerico Lobo de Mesquita, o primeiro organista do Órgão do Carmo, desde o Serro até o Rio de Janeiro. Iniciou-se a investigação recorrendo-se às referências na organaria portuguesa devido à tradição histórica de construção de Órgãos no Brasil Colônia e ao fato de ser o construtor do Órgão do Carmo o Padre Manuel de Almeida e Silva. Por meio dos livros da Ordem do Carmo e da Irmandade do Santíssimo Sacramento de Diamantina, foi possível um levantamento histórico do Órgão do Carmo e de seu organeiro. Os Órgãos de Diamantina e de Córregos foram documentos importantes de investigação e de solução de enigmas que existiam sobre o instrumento de Diamantina. Foi consultada uma bibliografia da musicologia histórica brasileira, de organaria e de história do Brasil e de Minas Gerais. Vários documentos da reforma do Órgão do Carmo de 1940 foram analisados, os quais conduziram a descobertas relevantes. Como conseqüência deste estudo, obteve-se uma melhor compreensão da organaria colonial mineira pela comparação entre ambos os instrumentos. Considerando-se que foram acessados todos os documentos, até então conhecidos sobre esses dois representantes da organaria colonial mineira, entende-se que resultados até este momento obtidos são bastante reveladores. Conclui-se que Órgão da Ordem do Carmo de Diamantina consiste em um instrumento com características da estética da escola de construção ibérica e com influências da escola italiana; de base 6' (seis pés); que possui um Manual com extensão: FF - f'''; cujo Teclado é dividido entre o Si2 e o Dó3 , mas não é de Registros Partidos; os Foles atuais são do tipo "Reservatório e Fole-alimentador" (reservoir and feeder-bellows); e que alguns dos Tubos do Órgão de Córregos, provavelmente, hoje fazem parte da Tubaria do Órgão de Diamantina. / Abstract: The Pipe Organ of the Third Order of Carmo in Diamantina municipality, Brazil, has been a mystery to both Pipe Organ builders and organists, being the major concern determining the style of such a Pipe Organ (i.e., whether it belongs or not to the Iberian style of Pipe Organ building). Against this background, this thesis first aimed at shedding light on the identity of the Pipe Organ of the Third Order of Carmo in Diamantina municipality, Brazil, by means of technical and historical survey. Additionally, it also aimed at understanding some issues related to the Diapason (fonic basis) of the Carmo Pipe Organ, the verification whether it is an Pipe Organ with Divided Stops, the Compass and division of the Manual, the location of the former and the current Wind Supply, the Mechanisms of the current Wind Supply, and whether all the current Pipes are original. Advances in research, however, pointed to some links to an Pipe Organ located in Córregos municipality, particularly as a result of the analysis of documents registering the restoration carried out in the Carmo Pipe Organ in 1940. This raised the hypothesis that some Pipes in the Carmo Pipe Organ had been replaced with Pipes from the Córregos Pipe Organ. In the face of the lack of references to both Pipe Organs under scrutiny and also to the Brazilian colonial Pipe Organ building, the answer to such a hypothesis demanded a large bibliographic research focusing on documents related to both Pipe Organs and their Pipe Organ builders, as well as a trip to Portugal (Braga region) and several historical municipalities in Minas Gerais State (i.e., from Serro municipality, in Minas Gerais State, to Rio de Janeiro municipality, in Rio de Janeiro State, Brazil), tracking back the itinerary of cities where Lobo Mesquita, the first Organist of the Carmo Pipe Organ, performed. The inception of this research consisted of finding references to and within the Portuguese Pipe Organ building, because of the historical tradition of Pipe Organ building in Colonial Brazil and also because the Pipe Organ was built by a Portuguese catholic priest, Padre Manuel de Almeida e Silva. Historical data on the Carmo Pipe Organ and its Pipe Organ builder were collected from books of both the Order of Carmo and the Mother Church of Santo Antonio in Diamantina municipality. Further, both the Carmo Pipe Organ and the Córregos Pipe Organ themselves constituted important documents resorted to find answers to several questions about the Carmo Pipe Organ. Moreover, the analysis of several documents related to the 1940 restoration, alongside a bibliography concerning the Brazilian and the so-called Minas Gerais Captaincy's musicology, Pipe Organ building, and history, also provided remarkable insights to this study. The result of this research accounts for a better understanding of the colonial Pipe Organ building in the former Minas Gerais Captaincy, primarily as a result of a pair-wise comparison between the above-mentioned instruments. Bearing in mind that every document about these instruments available up to date have been checked and revisited, the result can be fairly regarded insightful. Particularly as for the Carmo Pipe Organ, this study points out that it holds features typical of the Iberian style of Pipe Organ building, though carrying some influences of the Italian style, the Diapason is 6'- (FF Compass / Principal 6'), a Compass of 61 Notes: FF - f''', with Manual divided at b2 / c'3, even though it is not an Pipe Organ with Divided Stops; and the Wind Supply is a "Reservoir and Feeder-Bellows"; besides, this Pipe Organ probably has some Pipes removed from the Córregos Pipe Organ. / Mestrado / Mestre em Música

O presente trabalho envolve um estudo teórico e experimental do escoamento bifásico externo a banco de tubos. Inicialmente, apresenta-se uma ampla revisão da literatura sobre padrões de escoamento, fração de vazio e perda de pressão, durante escoamentos monofásicos e bifásicos externos a banco de tubos. Nesta análise são também descritos os métodos de previsão destes parâmetros. Verificam-se diferenças significativas entre as estimativas proporcionadas por eles, fato que indica a inexistência de métodos generalizados. Posteriormente é apresentada uma descrição detalhada da bancada experimental projetada e construída durante o doutoramento. O aparato completo compõe-se da seção de testes, circuito de água, sistema de compressão e condicionamento de ar, e seções de injeção dos fluxos e condicionamento do escoamento. A seção de testes consiste em um banco de tubos distribuídos segundo configuração triangular normal, com os tubos apresentando diâmetro externo de 19,1 mm, comprimento de 381 mm, e espaçamento transversal de 24 mm. Os experimentos foram realizados para escoamento vertical ascendente de misturas água-ar e velocidades superficiais da fase líquida e gás de 0,020 a 1,500 m/s e de 0,10 a 10,00 m/s, respectivamente. Neste estudo foram desenvolvidas técnicas inéditas para determinação experimental da fração de vazio superficial no interior do banco de tubos baseadas em sistemas óptico e de sensoriamento capacitivo. Os padrões de escoamento foram identificados subjetivamente através de visualização de imagens e vídeos do escoamento, e objetivamente com o auxílio do método de agrupamento de dados k-means utilizando parâmetros baseados no sinal de perda de pressão e do sensoriamento capacitivo. Identificou-se subjetivamente os padrões de escoamento bolhas, bolhas dispersas, bolhas grandes, agitante, intermitente e anular. Constatou-se equivalência entre os padrões de escoamento identificados através dos métodos objetivo e subjetivo. Resultados experimentais para fração de vazio foram obtidos através de técnicas óptica e capacitiva. Constatou-se que o traçador rodamina B utilizado no método óptico altera as condições do escoamento, ainda que em concentrações reduzidas. A partir dos resultados obtidos com o sensoriamento capacitivo estimou-se a fração de vazio para o padrão bolhas. Resultados para a parcela friccional da perda de pressão também foram levantados. Constata-se o incremento da fração de vazio e da parcela friccional da perda de pressão com as velocidades superficiais das fases líquida e gás. Os resultados para fração de vazio foram comparados com métodos de previsão da literatura, e de maneira geral os métodos preveem as tendências dos resultados experimentais apenas para vazões de líquido reduzidas. Analogamente, os resultados para perda de pressão foram comparados com estimativas segundo métodos da literatura, concluindo que os métodos não preveem satisfatoriamente os resultados obtidos. Desta forma, foram propostos novos métodos de previsão para padrões de escoamento, fração de vazio e parcela friccional da perda de pressão, desenvolvidos a partir de análises dos mecanismos dominantes do escoamento, e adotando parâmetros adimensionais para correlacionar os dados. Os métodos propostos preveem satisfatoriamente os resultados experimentais deste estudo e da literatura para escoamentos bifásicos água-ar. / The present thesis concerns a theoretical and experimental study of external two-phase flows across tube bundles. Initially, a comprehensive literature review covering flow patterns, void fraction and pressure drop for single and two-phase flows across tubes bundle is presented. The review also describes predictive methods for these parameters. A comparison of these methods reveals reasonable disagreement among their predictions, indicating the absence of generalized methods. Subsequently, the apparatus and instrumentation designed and built to obtain the experimental data are described. The experimental apparatus comprises the test section, a water loop, air compression and conditioning systems, and sets for fluid flow injections and conditioning. The test section is a normal triangular tube bundle, with 19.1 mm OD tubes, 381 mm long and transversal pitch of 24 mm. The experiments were performed for air-water upward vertical flow, for superficial liquid and gas velocities ranging from 0.020 to 1.500 m/s and 0.10 to 10.00 m/s, respectively. Innovative techniques to evaluate the void fraction within the bundle were developed based on capacitive and optical methods. The flow patterns were identified subjectively and objectively by k-means clustering method, using as clustering parameters the pressure drop and the capacitive signals. Bubbles, dispersed bubbles, large bubbles, churn, intermittent and annular flow patterns were identified subjectively. The data groups identified by the objective method are representative of the flow patterns. Void fraction measurements were obtained for bubbly flow using both techniques (optical and capacitive). The void fraction data based on the optical method had its experimental range limited due to changes in the flow characteristics caused by the addition of the fluorescent dye Rhodamine B. The experimental results indicate that the void fraction increases with increasing the superficial velocities of both phases. In general, the void fraction predictive methods available in the literature capture the trends of the experimental results only for reduced liquid flow rates. According to the experimental results, the frictional pressure drop increases asymptotically with increasing the flow rates of both phases. None of the predictive methods from literature evaluated in the present study predicted satisfactorily the experimental results. Methods for prediction of flow patterns, void fraction and frictional pressure drop parcel were also developed in the present study. These methods provided reasonable predictions of the experimental results obtained in the present study, and also from the literature for air and water flows across tube bundles.

O presente estudo envolve a análise teórico-experimental da transferência de calor através do mecanismo de ebulição em um único tubo e em banco com três tubos horizontais. A análise da literatura permitiu levantar os parâmetros que podem influenciar o coeficiente de transferência de calor na ebulição em banco de tubos e algumas correlações. O aparato experimental foi adaptado para realização de ensaios envolvendo refrigerantes halogenados, 3 tubos dispostos em fileiras paralelas e 3 distintos diâmetros. Nos experimentos foram utilizados os refrigerantes R-11, R-123 (baixa pressão) e R-134a (média pressão), tubos de latão aquecidos internamente com resistências elétricas, com fluxo de calor específico variando entre 1 e 40 kW/'M POT.2'. Através dos resultados foram observados alguns comportamentos inéditos na influência do acabamento superficial e em banco de tubos. Com base no banco de dados levantado, foi desenvolvida uma correlação para o coeficiente de transferência de calor em ebulição em banco de tubos. Os resultados obtidos por esta correlação apresentaram reduzidos desvios em relação aos experimentais. / The research reported herein is a theoretical and experimental investigation of nucleate boiling heat transfer in an isolated tube and a row of three horizontal tubes. The literature review provided enough information to raise the intervening physical parameters and several correlations. The experimental bench has been developed and adapted to perform experiments with several refrigerants, three different tube diameters, and to accommodate a row of three parallel tubes. The experiments have been carried out with refrigerants R-11, R-123 and R-134a. Heating of the brass tubes has been provided by tubular electrical heaters inserted inside the tubes. The heat flux varied from 1 to 40 kW/'M POT.2'. Experiments have been carried out by successively heating two and three tubes. Effects of boiling in tubes underneath (lower level) have been investigated. Finally a correlation for the heat transfer coefficient in successive tubes of a tube bank has been developed. The correlation presents good accuracy with respect to data from the present investigation.

A tecnologia de evaporação por filme descendente pode ser empregada em diferentes aplicações como processos químicos, petroquímicos, dessalinização de água, ciclos de refrigeração por absorção, OTEC Ocean termal energy conversion primer, só para mencionar alguns. No entanto, esta tecnologia tem demandado númerosos estudos devido a que ainda não é totalmente bem entendida, inclusive certos fenômenos básicos como são os problemas de distribuição do líquido, comportamento da espessura do filme e, sua transferência simultânea de calor e massa, sendo sujeito a vários estudos tanto numéricos quanto experimentais. Este trabalho foi focado no estudo da transferência simultânea de calor e massa, espessura do filme a os problemas de distribuição na vaporização de filme de água sobre tubos. Para isto, foi construída uma bancada de teste experimental, disponível para mensurar as seguintes variáveis; (a) temperatura da superfície dos tubos evaporadores, (b) espessura do filme descendente, (c) vazões mássicas, (d) potência elétrica fornecida aos tubos evaporadores, e (e) registro fotográfico infravermelho. O presente trabalho foi estruturado em dois aspectos principais; (1) avaliação do coeficiente de transferência de calor e massa, e (2) medição da espessura do filme descendente. Para os dois casos foram analisados os mecanismos de transferência de calor: sensível e latente. Para o primeiro ponto foram calculados os coeficientes local e médio de transferência de calor. No último ponto, usou-se um mecanismo formado por um micrômetro de elevada precisão aliado a um sistema elétrico para mensurar a espessura do filme líquido, sendo comparada com a teoria de Nusselt. Encontrou-se que há uma forte dependência da transferência de calor e massa com a espessura do filme descendente para a região laminar de Reynolds ente 160 a 950, implicando uma diminuição da taxa de transferência de calor com o aumento do Reynolds, já que a espessura de filme impôs uma maior resistência térmica. Além disso, avaliou-se o sistema de medição da espessura do filme com 25% de divergência da teórica de Nusselt. / Falling film evaporation technology can be used in different applications such as water desalination, refrigeration and ar-conditioning absorption cycles, OTEC (ocean thermal energy conversion primer), petrochemical and chemical process industries. This technology still demands númerous studies due to the lack of a complete understanding, even some basic phenomena such as the liquid distribution problem, liquid film thickness behavior and the heat and mass transfer coefficients are subject of intense experimental and numerical studies. This work has analyzed experimentally the heat and mass transfer coefficient, falling film thickness and the distribution system in water vaporization over tubes. For that, it was built an experimental setup, which has been measured the following; (a) tube wall temperature, (b) falling film thickness, (c) mass flow rate, (d) electrical power supplied to the evaporator tube, (e) infrared images. The present work has been structured in two mean aspects; (1) heat and mass transfer coefficient evaluation, and 2) falling film thickness measurement. In both topics, the two heat transfer mechanisms were analyzed: sensible and latent heat transfer. For the first topic, it has been analyzed the local and the overall heat transfer. For the second part, the method used a novel mechanical configuration (leverage effect), which improves the micrometer reading with more precision to obtain the film thickness, which was compared with the Nusselt theory. The experimental data showed that there is a strong dependence between the heat and mass transfer coefficient with the film thickness in the laminar region (Reynolds between 160 e 950), implying a decreasing of the heat transfer rate when the Reynolds increased, due to that the film thickness imposes a greater thermal resistance. Moreover, the study found the film thickness with a divergence of 25 % when it was compared with the theoretical Nusselt film thickness.

O polietileno tem sido muito empregado em transmissão de água potável, particularmente em ramais prediais. Este polímero apresenta vantagens em relação a seus concorrentes, como flexibilidade, baixo preço, facilidade de instalação e resistência à corrosão. Os tubos fabricados com polietileno de alta densidade –PEAD, como o material é genericamente conhecido na indústria de saneamento básico no Brasil - são suscetíveis de apresentar falhas em serviço por fratura em fluência, as quais provocam vazamentos e perdas de água e incorrem em maiores custos de manutenção. Os principais fatores que influenciam a vida dos tubos de polietileno são: material, meio, condições de carga e técnicas de instalação. A busca de melhores materiais tem levado a indústria petroquímica ao contínuo desenvolvimento de novas resinas, com maior resistência às falhas, que ocorrem através do crescimento lento de trincas. Essa resistência à falha em serviço dos tubos geralmente é avaliada através de ensaios de resistência à pressão hidrostática interna de longa duração, realizados em diferentes temperaturas. Nestes ensaios observa-se que o PEAD apresenta comportamento dúctil (acompanhado de significativa deformação plástica) e falha em menor período de tempo a níveis elevados de tensão, enquanto que em níveis mais baixos de tensão o material apresenta falhas com aparência frágil - sem deformação plástica visível apreciável - após longos períodos de tempo. As falhas em serviço são predominantemente deste último tipo. Esta transição 'dúctil-frágil' no comportamento do material, pelo menos ao nível da falha macroscópica, é muito importante e precisa ser bem compreendida pois pode abreviar a vida útil do tubo através de falhas precoces. Dados de tensão circunferencial versus tempo de ruptura dos tubos podem ser plotados em escala bi-logarítmica, formando o que se conhece na prática industrial por 'curva de regressão', a qual é linear, com inclinação negativa e com maior inclinação (em módulo) na região correspondente às falhas do modo frágil. Dessa forma, a transição 'dúctil-frágil' apresenta-se na 'curva de regressão' como um ponto de inflexão. A tensão de transição dúctil-frágil é característica de uma dada formulação (composto) e não é facilmente determinada em ensaios conduzidos à temperatura ambiente. Apesar de sua ampla aceitação na indústria os testes de resistência à pressão hidrostática interna de longa duração devem ser criticados pois são muito longos, caros e pouco práticos para efeito de controle de qualidade dos tubos de polietileno. Além disso, a maioria dos dados são coletados a altas pressões internas (ou seja, na região 'dúctil') para economizar tempo, enquanto que os tubos operam na região 'frágil'. A filosofia desses testes, como empregados na indústria, também implica que o tempo de falha é uma propriedade do material, enquanto que fatores extrínsecos, como defeitos introduzidos durante a instalação, podem reduzir o tempo de nucleação da fratura, levando à falha precoce. O crescente emprego de tubos de polietileno em sistemas de distribuição de água, além de outras aplicações, como em sistemas de gás, requer o desenvolvimento de novos métodos de avaliação de desempenho, que levem em conta não apenas o tempo de falha como também os mecanismos de fratura. Busca-se desenvolver métodos de laboratório, de curta duração, para se estabelecer o comportamento dos tubos a longo prazo, principalmente para prevenir falhas precoces, do tipo frágil, dentro do período de vida útil esperado. A mecânica da fratura é justamente a disciplina que estuda o comportamento dos materiais na presença de trincas. Neste sentido duas abordagens são propostas no presente trabalho: 'Ramp Test' e o método do Trabalho Essencial de Fratura. O método do 'ramp test' permite estimar a tensão crítica correspondente à transição dúctil-frágil da 'curva de regressão' a partir de ensaios simples de tração. Por outro lado, o método do Trabalho Essencial de Fratura permite estimar diretamente as partes essencial e não essencial do trabalho específico de fratura. São analisadas cinco resinas provenientes de fornecedores tradicionais de matérias-primas para a produção de tubos de polietileno e duas outras resinas, desenvolvidas para outros fins. Os resultados permitem concluir que os ensaios propostos são viáveis como substitutos ou complementares ao ensaios de resistência à pressão hidrostática na avaliação da tendência de tubos de polietileno apresentarem falhas em serviço. / Polyethylene has been largely used in potable water distribution systems, mainly in service lines. This polymer offers many advantages over its competitors: flexibility, low cost, ease installation and corrosion resistance. Pipes made with high density polyethylene – HDPE, the generic designation of the material in the sanitation industry in Brazil – fail in service by fracture due creep, giving rise to leakage and water losses, resulting in higher maintenance costs. Main factors that affect the service life of polyethylene pipes are: material, environment, load and settlement. The search for improved materials leads the petrochemical industry to the continuous development of new resins, with increased resistance to failure, which occurs via slow crack growth. This resistance to in-service failure is usually measured in long-term hydrostatic strength tests, at different temperatures. In these tests HDPE behaves like ductile material (followed by significant plastic deformation) and fails in lower period of time under high stress levels, whereas under lower stress levels it fails in a brittle-like mode - with no visible permanent plastic deformation - after longer times. Failures in service are mainly brittle-like. This ductile-fragile transition in the behavior of the material at least at macroscopic scale, is very important and must be well understood, because it can abbreviate the service life of the tube, through early failure. Time-stress failure data can be ploted in bi-log scale to form what is known in the industrial praxis as regression curve, which is linear, with negative slopes, and a larger slope in modulus for the brittle-like fracture mode. In this way, the ductile-fragile transition appears as a point of inflection. The 'ductile-to-brittle' transition stress is claracteristic of a given formulation and is not easily determined in tests conducted at room temperatures. In spite of its widespread acceptance in the industry, the long-term hydrostatic strength test must be criticized because it has long duration, is expensive and not practical for pipes’ quality control. Beside that, most of the data are collected at high inner pressures to save time, while the tube is expected to operate in the 'brittle-like' region. The philosophy of these tests, as used in the industry, also implies that the time-to-failure is a material property, while extrinsic factors may shorten the fracture nucleation time, leading to a premature failure. The rising use of polyethylene pipes in water distribution systems, beside other applications as in gas systems, requires the development of new performance evaluation methods, that take into account not the time to failure but also the fracture mechanisms. It is desirable for developing short-term laboratory tests to establish the long-term behavior of pipes, to prevent premature brittle-like failures in the desired service life. Fracture mechanics is just the subject which studies the behavior of materials in the presence of cracks. In this way, two approaches are suggested for the present work : 'ramp test' and the Essential Work of Fracture method. The 'ramp test' method allows to estimate the critical stress that corresponds to the ductile-brittle transition in the regression curve using standard tensile test samples. On the other hand, the Essential Work of Fracture allows a direct estimation of the essential and the non-essential parts of the specific work of fracture. Five different resins for production of polyethylene pipes obtained from traditional raw material suppliers and two other resins designed for other purposes are analysed. The results allow to conclude that the suggested tests are feasible as substitutes or complementaries to the long-term hydrostatic stress tests to evaluate the tendency of the polyethylene pipes to present service failures.

Orientador: Jose Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T02:09:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LopezMercado_ELvisRonald_M.pdf: 2489103 bytes, checksum: b0f061b75d8be2a9873a7f528ddecb9c (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Este estudo propõe a modelagem do escoamento laminar e turbulento com transferência de calor conjugados em tubos de seção cilíndrica. Em vez de usar os métodos convencionais de elementos finitos ou volumes finitos, esta formulação aplica uma técnica diferente que discretiza o fluxo na direção radial usando o método das diferenças finitas de 4_ ordem. Com esta técnica, um sistema composto de várias equações diferenciais ordinárias para a temperatura e outro composto de equações algébricas lineares para as velocidades são obtidas. As equações diferenciais ordinárias são integradas na direção axial utilizando-se o método de Runge - Kutta de 451 ordem. Os valores da viscosidade, massa específica capacidade calorífica e condutividade térmica são funções da temperatura, o qual toma o modelo satisfatório para o cálculo de altos gradientes de temperatura, como no caso dos fomos de refinaria. Para a turbulência, utiliza-se um modelo de ordem zero, no caso do "comprimento de mistura de Prandtl". Como o gradiente da pressão é calculado em cada ponto, a queda de pressão total é obtida através de uma integração ao longo do tubo. Uma característica interessante desta formulação é que para o caso laminar o método é não iterativo, o que o toma mais rápido que os métodos convencionais / Abstract: This study considers the modeling of laminar and turbulent flows with conjugated transference of heat in tubes of cylindrical section. Instead of using the convetional finite element or finite volume methods, this formulation applies a different technique discretizing the flow in the radial direction using a 4th order finite differences method. Using this technique, a system composed of several ordinary differential equations for the temperature and another composed of linear algebraic equations for the velocities are obtained. The equations are integrated in the axial direction using a 4th order Runge Kutta method. The values of viscosity, density, heat capacity and thermal conductivity are dependent on the temperature, which makes the model suitable for the calculation of high temperature gradients, as in the case of refinery fired heaters. The turbulence is taken into account using the "mixing lenght of Prandtl" as a zero order turbulence model. Since the pressure gradient is calculated in each point, the total pressure drop is obtained by integration through out the tube. A very interesting feature of this formulation is that for the study of laminar flow the method is non-iterative, which makes it more desirable and faster than conventional methods / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Diante do contexto atual de grande preocupação com a preservação do meio ambiente e, ao mesmo tempo, milhares de pessoas desabrigadas devido à pobreza e às catástrofes ambientais, surge a necessidade de se estudar materiais de construção alternativos, que possam contribuir para amenizar essas questões. Com base nisso, este trabalho enfoca o emprego de tubos de papelão na construção civil pelo arquiteto japonês Shigeru Ban. Estudou-se os sistemas construtivos criados pelo referido arquiteto e as características técnicas dos tubos de papelão que este utiliza em suas obras. Foram realizados alguns ensaios técnicos preliminares para a caracterização de tubos de papelão fabricados por uma indústria brasileira, e também para se chegar à conclusão se suas características técnicas possibilitariam gerar sistemas construtivos como os das obras japonesas. Este estudo, porém, é apenas o início de muitas pesquisas que devem ser feitas até que se identifique a viabilidade de aplicação desta tecnologia no Brasil. / According to the actual context of great concern with the environment preservation and, at the same time, millions of homeless people due poverty and environmental catastrophes, arises the necessity of studying alternative construction materials, which can contribute to soften these issues. Based in this, this work focuses the use of paper tubes in the construction by the japanese architect Shigeru Ban. The construction systems created by the referenced architect and the technical characteristics of paper tubes that he uses in his works have been studied in this research. Preliminary technical tests have been done to characterize paper tubes made by a brazilian industry and to check if their technical characteristics would become possible the production of construction systems as the japanese works. This study, however, is only the beginning of several researches that will made until identify the viability of application this technology in Brazil.