O presente trabalho teve como objetivo investigar o comportamento da junta para diferentes parâmetros de soldagem em um processo inovador de soldagem por fricção em tubos utilizando um anel rotativo. O material do tubo utilizado neste trabalho foi o aço inoxidável duplex SAF 2205 (UNS S31803).Utilizou-se o método estatístico Taguchi para reduzir a quantidade de juntas soldadas e verificar quais os melhores parâmetros de soldagem. O processo avaliou 3 parâmetros variando em máximo e mínimo, resultando em 4 condições de soldagem. Três juntas soldadas foram produzidas para cada condição de soldagem, o que acabou gerando 12 juntas. A obtenção da melhor condição de soldagem foi realizada através da análise de “quanto maior melhor” para o resultado de resistência à tração para as amostras. Nesta análise,a condição ótima de soldagem coincidentemente foi a condição de soldagem 4. Paralelamente à análise Taguchi, foram realizados ensaios de qualificação para todas as 4 condições de soldagem de acordo com a norma DNV-OS-F101:2013: teste de tração, dobramento, dureza, porcentagem de ferrita e porcentagem de intermetálicos Adicionalmente aos ensaios exigidos pela norma DNV-OS-F101:2013, foram realizados testes de impacto Charpy-V e EBSD para a melhor condição de soldagem obtida pela método Taguchi (condição 4). Os resultados indicaram que, de acordo com os requisitos da norma DNV-OS-F101:2013, apenas a condição de soldagem quatro (0,10 mm/s; 7,50 kN/s/ 10,0 mm) foi integralmente qualificada. Valores insuficientes de resistência obtidos nos ensaios de tração, bem como divergências nas porcentagens ótimas de fases desqualificaram as outras três condições de soldagem. Como resultado adicional para a condição de soldagem qualificada, testes de impacto Charpy apresentaram valores de energia absorvida superiores àqueles encontrados para processos convencionais de soldagem. / The present work had as objective to investigate the joint behavior for different welding parameters in an innovative process of welding by friction in tubes using a rotating ring. The material of the tube used in this work was duplex stainless steel SAF 2205 (UNS S31803). The Taguchi statistical method was used to reduce the amount of welded joints and to verify the best welding parameters. The process evaluated 3 parameters varying in maximum and minimum, resulting in 4 welding conditions. Three welded joints were produced for each welding condition, resulting in 12 joints. The best welding condition was obtained by the analysis of "the greater the better" for the result of tensile strength for the samples. In this analysis, the optimum welding condition coincidentally was the welding condition 4. Parallel to the Taguchi analysis, qualification tests were performed for all 4 welding conditions according to DNV-OS-F101: 2013: tensile test, bending, hardness, percentage of ferrite and percentage of intermetallics In addition to the tests required by the DNV-OS-F101: 2013, Charpy-V impact tests and characterization by EBSD were performed for the best welding condition obtained by the Taguchi method (condition 4). The results indicated that, according to the requirements of DNV-OS-F101: 2013, only the welding condition four (0.10 mm/s, 7.50 kN/s; 10.0 mm) was fully qualified. Insufficient values of strength obtained in the tensile tests, as well as divergences in the optimal percentages of phases, disqualified the other three welding conditions. As an additional result for the qualified welding condition, Charpy impact tests showed absorbed energy values higher than those found for conventional welding processes.

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.

O presente trabalho tem como objetivo comparar os diferentes métodos de estimativa das tensões residuais geradas pela Autofretagem. Empregou-se o método de G.SACHS(4) na determinação experimental das tensões. São empregados os métodos analíticos de Timoshenko(1), Mendelson(2) e Chen(3), com os critérios de Von Mises para o primeiro e de Tresca para os demais. O método numérico empregado é o Método dos Elementos Finitos com o critério de Von Mises. Na análise dos resultados verifica-se que os métodos que empregam o mesmo critério de tensão equivalente concordam entre si. Formulase então a hipótese de que qualquer dos métodos empregados conduzirá ao mesmo resultado, desde que empregando o mesmo critério de tensão equivalente. Para testar-se tal hipótese altera-se, inicialmente, o método de Chen para emprego do critério de Von Mises. Como o resultado é positivo, altera-se então o método de Mendelson para o emprego com o critério de Von Mises, o que também confirma a hipótese formulada. / The work aims to compare some different methods to evaluate residual stresses in a Autofretted tube. The experimental part was carried out through G.SACHS(4) method, and the analitycal part applied Timoshenko's Method(1), Mendelson's Method(2) and Chen's Method(3), making use of the Von Mises equivalent stress criteria for the first one and the Tresca equivalent stress criteria for the last two. Also, the numerical method applied was the Finite Element through the Von Mises cri teria. The results allowed to observe that those methods which made use of the same equivalent stress criteria would tend to the same results. To test this hypothesis, the Chen's Method was changed from Tresca criteria to Von Mises criteria. As the results were satisfactory, the Mendelson's Method was changed to Von Mises criteria, and the answers confirmed the hypothesis as well.

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.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-14Bitstream added on 2014-06-13T20:16:11Z : No. of bitstreams: 1 silva_rc_me_guara.pdf: 9001097 bytes, checksum: 6f1a3bc8edbfd3fd88699167a64182bc (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Na exploração e produção de petróleo e gás existe uma demanda crescente por aços especiais e de alta resistência. Com os campos mais fáceis e de melhor relação custo benefício já em produção, as empresas estão se movendo para exploração e produção de áreas não convencionais. O aumento da perfuração nessas áreas críticas traz um impacto direto no consumo de produtos de alta tecnologia, como tubulações fabricadas com aços de alta resistência. Para obtenção de aços de alta resistência, o mercado tem investido no desenvolvimento de aços, com progresso considerável nos processamentos térmicos e termomecânicos. Neste contexto, a martensita revenida, obtida através de têmpera e revenimento, representa uma alternativa importante, tendo em vista que esta estrutura pode aumentar a resistência, mantendo um bom nível de tenacidade. Os aços ligados ao boro são de baixo custo, boa temperabilidade e baixa dureza do material na condição após laminado, o que facilita sua conformação, e o torna um boa opção para fabricação de tubos. Com o tratamento térmico de têmpera e revenimento, há a possibilidade de obtenção de distintas propriedades mecânicas em função da variação das temperaturas de revenimento. Neste projeto, objetivou-se otimizar os parâmetros de tratamento térmico (têmpera e revenimento), para obtenção de uma microestrutura martensítica revenida, a partir de um aço de baixo carbono ligado ao boro utilizado na fabricação de tubos. Foram realizadas caracterizações mecânicas e microestruturais do material tratado termicamente em distintas faixas de temperatura. O material apresentou alta temperabilidade após têmpera, e foi possível verificar a mudança das propriedades em função das distintas temperaturas de revenimento. As características microestruturais e mecânicas (resistência à tração, limite de escoamento e ductilidade) são apresentadas neste trabalho. / The exploration and production of oil and gas has increased its demand for special steels and high resistance steels. With the easiest, most cost-effective fields already in production, oil companies are now moving to non-traditional areas and fields that are more difficult to develop. Increased drilling in those critical environments will have a direct impact in the consumption of high-steel grade tubulars. In oder to attend this demand, the market has invested in R&D of high resistance steels, focusing on heat treatment and thermomechanical processes. In this sense, tempered martensite microstructure represents a good steel design alternative, since that microstructure can increase steel resistance maintaining its toughness properties. Boron bearing steels are low cost, have excellent hardenability and low hardness on the as-rolled condition, which makes it a good alternative for pipe manufacturing. This characteristic has put the tempered martensite as one of the microstructures with high potential in terms of utilization for pipe manufacturing. The quench and tempering heat treatments gives the possibility of obtaining different mechanical properties as a result of changes in the tempering temperatures. This project aimed to optimize quench and tempering heat treatment processes in order to obtain tempered martensite microstructures utilizing a boron microalloyed steel. The material presented high hardenability after quenching and it was verified mechanical properties changes after tempering at different temperatures. The microstructural characteristics and mechanical properties (tensile strength, yield strength and ductility) are presented in this work.

Orientador: Alcides Padilha / Banca: Enio Pedone Bandarra Filho / Banca: Ismael de Marchi Neto / Banca: Vicente Luiz Scalon / Banca: Delson Luiz Modolo / Resumo: As alterações climáticas tem fomentado a busca por fontes renováveis de energia. Assim, novos coletores solares têm sido o foco de pesquisadores em todo o mundo para novos concentradores, novas configurações de instalação e o estudo da estratificação térmica para melhorar o desempenho do sistema de armazenamento térmico. O sistema proposto, ou seja, utilizando concentrador solar com tubo evacuado, proporciona linearidade e constância na sua eficiência em relação aos coletores de placas planas. A alteração proposta, ou seja, tubo com duas aberturas, uma para entrada do líquido frio e outra para saída do líquido aquecido, elimina a interface física entre a água quente na região voltada para o fluxo de calor solar e a água fria na região inferior do tubo. Essa alteração provoca redução na eficiência térmica, porém aumenta o volume de água aquecida por dia. O concentrador CPC mostrou-se um importante equipamento do sistema, uma vez que a os raios solares incidem em uma região longitudinal definida no tubo coletor solar, direcionado pela geometria do CPC. Com a utilização desse equipamento elimina-se a necessidade de espelhos com seguidores solares, tornando o sistema vulnerável a oscilações elétricas, encarecendo o projeto e consumindo energia elétrica. O desempenho do coletor é avaliado a partir de testes experimentais utilizando a Primeira Lei da Termodinâmica como análise da eficiência. Esses resultados são comparados aos conceitos teóricos descritos na literatura científica. ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Climate change has encouraged the search for renewable energy sources. Thus, new solar collectors have been the focus of researchers around the world with new hubs, new installation settings and the study of thermal stratification to improve the performance of the thermal storage system. The proposed system, ie using evacuated tube solar concentrator provides linearity and stability of efficiency compared to flat plate collectors. The proposed change, i.e. a tube with two openings, one for cold liquid inlet and the other for hot liquid outlet, eliminates the physical interface between the hot water in the region facing the solar heat flow and the cold water in the lower region of the tube. This change causes a reduction in thermal efficiency, however increases the volume of water heated per day. Two radiometers were also developed, one thermal and the other optical, and the thermal radiometer was chosen because it had a similar behavior to the solar collectors, thus reducing the cost of the experimental bench. The CPC concentrator proved to be important equipment, once the concentration of sunlight focus on a longitudinal region defined in the solar collector tube, directed by the CPC geometry. Using this equipment eliminates the need for mirrors with solar trackers, making the system vulnerable to electrical oscillations, making the project more expensive and consuming electricity. The collector performance is evaluated from experimental tests using the First Law of Thermody... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

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.

[pt] Trocadores de calor consistindo de tubos aletados são largamente aplicados em sistemas de ar condicionado, aquecedores de ar, radiadores, etc. No presente trabalho é executada uma análise bidimensional da aleta, utilizando-se coeficientes de troca de calor locais, para a obtenção de sua distribuição de temperatura, eficiência e da distribuição da temperatura da corrente de ar ao longo da aleta, em trocadores de calor de tubos elípticos, de excentricidade 0,5 e 0,65 e com uma e duas fileiras, para diversos números de Reynolds. Através da analogia entre transferência de massa e de calor, os coeficientes locais de troca de massa obtidos por Ximenes[1] foram transformados em coeficientes de troca de calor. Novos resultados numéricos de eficiência de aleta para trocadores de calor de tubos elípticos foram comparados com aqueles para trocadores de calor de tubos circulares e a comparação revelou que o arranjo com tubos elípticos é superior ao arranjo com tubos circulares. Esta é uma conclusão positiva, porque o uso de tubos elípticos pode reduzir consideravelmente a queda de pressão, devido a sua melhor configuração aerodinâmica, o que, associado à comparação anterior, mostra que os trocadores de calor de tubos elípticos podem apresentar desempenho bastante superior aos convencionais trocadores de tubos cilíndricos. A comparação entre o uso de coeficientes médios de troca de calor para aletas isotérmicas e coeficientes locais para o cálculo da eficiência de aleta evidenciou que a utilização de coeficientes médios é uma hipótese muito boa, pois o erro relativo entre os dois resultados foi menor do que 7,52 por cento, nos casos analisados. Com a eficiência da aleta e com os números de nusselt médios de aletas isotérmicas é possível calcular a taxa real de transferência de calor dos trocadores de calor nas diversas configurações analisadas neste trabalho. / [en] Heat exchangers consisting of tubes and plate fins have many engineering applications such as air conditioning systems, air heaters, radiators, etc. In the present work it is performed a two-dimensional heat trasnfer analysis of the heat exchangers, using the local heat coefficients, in order to obtain the plate fin temperature distribuition, the fin efficiency and the air bulk temperature distribuition along the free stream. Two arrangements were tested, one-row and two-row elliptical tubes and plate fin heat exchangers of eccentricity 0.5 and 0.65, for several Reynolds numbers. The analogy between the processes of heat and mass trasnfer was invoked to transform the local mass trasnfer coefficients measured by Ximenes [1] in to local heat trasnfer coefficients. Novel numerical results of the fin efficiency elliptical tubes and plates fin hear exchangers were compared with existing data for circular tubes and plate fin heat exchangers [3] and this comparison has shown that the elliptical tubes configuration is better than circular tubes configuration, from the heat transfer point of wiew. This is a important conslusion because the use of elliptical tubes would reduce dramatically the drag force, owing to the aerodynamical configuration, which, in addition to the preceding comparison, shows that the elliptical heat exchangers have the potential to deliver a performance greater than the conventional circular tubes heat exchangers. The comparison netween the use of average heat transfer coefficients for isothermal fins and local coefficients to obtain the fin efficiency revealed that the use of average coefficients is a very good hypothesis, because the relative error between the two results was less than 7.52 por cento for all cases analyzed. With the fin efficiency and the average Nusselt numbers for isothermal fins it is possible to obtain the actual heat trasnfer rate of the heat exchangers analyzed in this work.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T23:45:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T20:41:42Z : No. of bitstreams: 1 103921.pdf: 69001095 bytes, checksum: db10e2c332d90da6ca33fd14a4e8a948 (MD5) / O comportamento térmico e hidrodinâmico de bombas capilares de ranhuras circunferenciais é analisado com a finalidade de torná-las viáveis ao uso em circuitos de transferência de calor de dupla-fase. Comportamento de partida, limite capilar e capacidade de reativação da condição eventual de colapso são itens analisados. Resultados experimentais demonstram fluxos de calor da ordem de 12 kW/m2, usando Freon 11 como fluído de trabalho.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T07:23:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 283030.pdf: 2799901 bytes, checksum: 91c21a69a0bde9a4b3e9e7ee8a00317c (MD5) / A utilização de tubos de calor pulsantes (TCPs) como dispositivos de controle térmico de equipamentos eletrônicos que operando acima da temperatura ambiente, tem sido objeto de investigações teóricas e experimentais. Todavia, até o presente, ainda não foram realizados estudos sobre o comportamento destes dispositivos em aplicações de baixas temperaturas. Neste contexto, o presente estudo tem como principal objetivo a investigação teórico-experimental do comportamento térmico de TCPs, em temperaturas típicas de refrigeração, utilizando o dióxido de carbono (CO2) como fluido de trabalho. Três experimentos foram realizados, sendo que no Experimento I o comportamento térmico de um TCP em circuito fechado, com múltiplas curvas foi avaliado em termos da variação da potência fornecida, da razão de enchimento do fluido de trabalho e do ângulo de inclinação. O máximo fluxo de calor transferido foi de 75 W, no modo de operação direto (condensador situado acima do evaporador), para razão de enchimento de 75% e ângulo de inclinação de 45. No Experimento II o desempenho do TCP foi avaliado em relação aos mesmos parâmetros do Experimento I, havendo porém um acréscimo significativo do número de curvas da serpentina e também uma redução do diâmetro interno do tubo. Estas mudanças tiveram como principal objetivo melhorar o desempenho do TCP de CO2 nos modos de operação horizontal e contra gravidade. Nesta configuração o máximo fluxo de calor transferido foi de 170 W, também no modo de operação direto, para razão de enchimento de 50% e ângulo de inclinação de 90 . O Experimento III foi idealizado de modo a permitir a obtenção dos parâmetros experimentais necessários para a estimativa do coeficiente de transferência de calor por convecção no interior do evaporador do TCP, permitindo a realização de análises comparativas entre o TCP e outros dispositivos de transferência de calor usados em refrigeração. Para tanto, é proposta uma metodologia cujo desenvolvimento pressupõe a formulação de um problema inverso de transferência de calor, cuja solução pode tornar-se instável devido aos erros de medição inerentes às grandezas experimentais. Como solução do problema inverso obtém-se inicialmente uma expressão analítica aproximada para o perfil de temperaturas ao longo da espessura de parede do tubo, partindo da solução da equação da difusão de calor. Esta expressão é posteriormente simplificada utilizando-se o conjunto de parâmetros experimentais. Complementarmente, é realizada uma análise de sensibilidade com o objetivo de avaliar a confiabilidade e a estabilidade das soluções obtidas a partir da metodologia proposta, em relação à presença de erros de medição inerentes aos parâmetros experimentais. Os erros máximos de estimativa do coeficiente de transferência foram menores do que 12%.