Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissABOJ.pdf: 1932531 bytes, checksum: 467bea51588bd8193947d0353b78617f (MD5) Previous issue date: 2003-09-05 / Financiadora de Estudos e Projetos / Drying processes in fluidized and vibro-fluidized beds are nowadays being widely investigated in the literature, because such beds offer many advantages over other types of dryers. The purpose of this work is to contribute for the research in this area by presenting an extensive investigation of the drying process in fluidized and vibro-fluidized beds. The following topics were investigated in this work: a) fluid dynamic studies in fluidized and vibrofluidized beds were carried out using particles of alumina and silica-gel as inerts. The effects of variables such as the frequency and vibration amplitude (which are combined in a dimensioless vibration number), height of the bed and particle diameters on the fluid dynamic behavior of both beds have been analyzed. Simultaneously, an analysis of the fluid dynamic behavior for these beds was carried out using measurements of standard desviations of the pressure drops in the beds as a function of the superficial gas velocity. The results show that in both beds the dimensioless vibration number has a strong influence on the fluid dynamic behavior of the bed of particles. Besides, the increase in the height of particles in the bed, as well as in the particle diameters affects significantly its characteristic curves; b) equilibrium isotherms for alumina and silica-gel particles were obtained experimentally using the static method. Some equations for equilibrium isotherms available in the literature were compared to experimental data and the best fitted model was obtained using a technique based on non-linear estimation of the parameters. The results show that the equation of Sabbah provided the best fitting for both particles of alumina and silica-gel; c) the drying kinetics for alumina and silica-gel were obtained from experimental data for the drying of a thin layer of particles in a fixed bed. The best model for the drying kinetics came from a semi-empirical equations presented in the literature, using a non-linear estimation of parameters technique. The results show that the equation from Mancini provided the best predictions for experimental data of alumina and silica-gel; d) heat an mass transfer coefficients in the fluidized and vibrofluidized beds were estimated using the methodology proposed by Kmiec (1975). In the range of variables investigated, the results show that the heat and mass transfer coefficients for the vibrofluidized beds have not increased significantly as compared to the values obtained in the fluidized beds; e) the moisture content and temperature profiles of the particles were estimated using the mathematical model proposed by Massarani and Silva Telles (1992) with the heat and mass transfer coefficients obtained experimentally. For the range of conditions investigated, the mathematical model has not provided good predictions for the moisture content profiles, but in the other hand, it provided reasonable good predictions for the temperature profiles of the particles. / O estudo do processo de secagem nos leitos fluidizados e vibro-fluidizados tem merecido amplo destaque por parte de vários pesquisadores, visto o conjunto de vantagens que estes oferecem comparativamente aos demais equipamentos. E, dentro deste contexto, este trabalho faz uma abordagem ampla do processo de secagem em leitos fluidizados e vibrofluidizados. Neste trabalho foram realizados estudos que contemplam os seguintes tópicos: a) estudos fluidodinâmicos para as partículas de alumina e sílica-gel, em leitos fluidizados e vibro-fluidizados, onde as influências de diversas variáveis, tais como: freqüência e amplitude vibracional e conseqüentemente o adimensional de vibração, altura do leito de partículas e o diâmetro de partículas no comportamento fluidodinâmico de ambos os leitos foram analisadas. Paralelamente, um estudo foi feito analisando o comportamento fluidodinâmico dos leitos, utilizando-se para isso o desvio padrão das medidas de queda de pressão no leito em função da velocidade superficial do ar. Os resultados obtidos mostraram que em ambos os leitos o adimensional de vibração teve uma forte influência no comportamento fluidodinâmico das partículas e que tanto o aumento da altura de partículas no leito, bem como, o diâmetro das partículas tiveram grandes influências nas curvas características obtidas; b) a determinação experimental das isotermas de equilíbrio para as partículas de alumina e sílicagel, utilizando o método estático e o ajuste do melhor modelo foi feito através da discriminação das equações de isotermas previstas na literatura por estimação não linear de parâmetros. Os resultados mostram que a equação de Sabbah, foi a que melhor se ajustou aos pontos experimentais para ambos os conjuntos de partículas de alumina e sílica-gel; c) a determinação experimental da cinética de secagem para as partículas de alumina e sílica-gel em leito fixo e camada fina, sendo que o ajuste do melhor modelo foi feito através da discriminação das equações semi-empíricas previstas na literatura para a cinética de secagem, por estimação não linear de parâmetros. Os resultados mostram que a equação de Mancini foi a que melhor se ajustou aos pontos experimentais tanto para as partículas de alumina quanto para as partículas de sílica-gel; d) a determinação experimental dos coeficientes de transferência de calor e massa em leitos fluidizados e vibro-fluidizados, utilizando a metodologia proposta por Kmiec (1975). Os resultados obtidos, dentro do intervalo de variáveis estudado, mostram que os coeficientes de transferência de calor e massa para os leitos vibro-fluidizados não aumentaram significativamente quando comparados aos valores obtidos nos leitos fluidizados; e) e a estimação dos perfis de umidade e temperatura dos sólidos, através do modelo matemático proposto por Massarani e Silva Telles (1992), utilizando os coeficientes de transferência de calor e massa determinados experimentalmente. As respostas obtidas mostram que o modelo matemático não apresentou bons resultados para os perfis de umidade dos sólidos, mas, apresentou resultados razoáveis para os perfis de temperatura dos sólidos, dentro do intervalo de variáveis avaliado.

Neste trabalho é apresentada uma nova modalidade de imagens elastográficas baseada na emissão acústica, quando um meio é submetido à radiação ultrassônica. Esta técnica está sendo denominada de Acustografia por Pulso/Emissão (APE). Características não-lineares da propagação acústica de ondas ultrassônicas, e a resposta mecânica vibracional, foram utilizadas como artifício para geração de imagens com frequências da ordem de quilohertz (kHz), a partir da excitação com ondas ultrassônicas na ordem de megahertz. Para produzir imagens com essa nova modalidade, simuladores de tecido biológicos foram construídos com diferenças de rigidez localizadas, e submetidos a uma radiação ultrassônica focalizada (MHz). O som emitido devido a interação da onda ultrassônica com a região de interesse era gravado e processado de modo a associar a cada pequena porção do tecido a um valor relacionado a rigidez para a formação da imagem. Os resultados mostraram que o método pode produzir imagens associadas às alterações viscoelásticas das amostras. A resolução espacial mostrou-se fortemente ligada a morfologia do campo acústico de excitação, sendo possível detectar estruturas da ordem de 0,25 mm isoladamente. A técnica de aquisição, desenvolvida e apresentada neste trabalho, é similar a técnica de vibroacustografia todavia, com uma instrumentação reduzida e com a possibilidade de obtenção de mais informações da estrutura do meio material, a partir dos fenômenos não lineares observados. Estudos pilotos de aplicação desta nova técnica e com a vibroacustografia, foram realizados e comparados para a avaliação de potenciais aplicações, por exemplo, na avaliação do sinal acústico diante de mudanças nas propriedades viscoelásticas do meio induzidas por mudança de temperatura; formação de imagens em meios com inclusões isoecogênicas e com rigidez ligeiramente diferentes; geração de imagens de estrutura óssea in vitro. / In this work is presented a new modality of elastography images based on the acoustic emission when a material medium was subjected to a ultrasound radiation.This tecnique Nonlinearity behavior of the acoustic wave propagation and the vibrational mechanical response were used to produce images from kilohertz frequencies when the sample was excited by ultrasound waves in megahertz. To produce images with this modality, tissue mimicking phantoms were made with stiffness in homogeneities and subjected a focused ultrasound radiation pulses. The sound emitted due the interaction of the ultrasound wave with the region of interest was recorded and processed in order to associate each small portion of the tissue to a value for image formation. The results showed that this method can produce images associated to the viscoelastic changes of the samples. The spatial resolution have showed strongly linked to the morphology of the excitation acoustic field, this way was possible to detect isolated structures in order of 0.25 mm. The acquisiton technique developed and presented in this work is similar to the vibroacoustography technique, however with reduced instrumentation setup and with the possibility to acquire further information about the structure of the material from the nonlinear phenomenal. Preliminary studies of this new technique and the vibroacoustography were made and compared to evaluate the potential applications, for example, in the evalution of the acoustic signal behavior due changes in the viscoelastic properties changes induced by temperature variations; image formation in the medium with lightly stiffness inclusions; generation of the images of bone structure in vitro.

A magneto-acustografia ou, em uma nova terminologia mais abrangente, vibromagneto-acustografia (VMA) é uma técnica que combina técnicas magnéticas e acústicas, a fim de observar o comportamento visco-elástico de um meio material marcado com partículas magnéticas (alvo). A força magnética oscilatória de frequência () provoca, dentro do alvo, movimento das partículas e do meio material com frequência (2). O feixe acústico pulso-eco utilizado para detectar o movimento das estruturas, tem uma frequência de repetição de pulso (PRF), no mínimo, cinco vezes maior que a frequência do movimento do alvo. Assim, a proposta deste projeto foi desenvolver um protocolo de aquisição, processamento e análise da técnica VMA, por meio da implementação de uma plataforma automatizada de aquisição, que forneça dados estruturados para posteriormente através de uma plataforma de processamento analisar diferentes aplicações da técnica VMA em fantomas e in vivo. A primeira etapa foi desenvolver a plataforma de aquisição utilizando um equipamento de ultrassom diagnóstico por imagem. Nesta etapa foi desenvolvido um software, com interface gráfica de usuário, escrito em C++ e Qt com a função de automatizar a excitação magnética e a aquisição acústica de alta resolução temporal, foram definidos os protocolos padrão dos modos de excitação magnética e de aquisição acústica em termos da taxa de aquisição dos frames ultrassônicos para gerar movimentos oscilatórios ou ondas de cisalhamento. Em seguida, os dados provenientes das aquisições foram estruturados por meio de um cabeçalho para transferência para outros computadores através do protocolo TCP/IP. Depois foi desenvolvida um software, com interface gráfica de usuário, para a fase de processamento e análise. O processamento dos frames adquiridos em modo radiofrequência (RF) consistiu em obter mapas de deslocamentos ou velocidades das estruturas internas do meio material utilizado como alvo. Nesta etapa adaptamos o algoritmo de correlação cruzada normalizada com correção de pico de máxima correlação x e obtivemos mapas otimizados para a técnica VMA. A avaliação da otimização destes mapas foi baseada na avaliação entre a resolução espacial e tempo computacional. A partir do uso destes softwares em experimentos com fantomas e in vivo foram desenvolvidos métodos de análise da frequência dos deslocamentos e segmentação/caracterização de ondas de cisalhamento em termos da sua velocidade e atenuação. Por fim, foi implementado um sistema VMA automatizado composto, por uma plataforma de aquisição embarcada em equipamento de diagnóstico por ultrassom para aquisição de mapas de RF e, que posteriormente eram transferidos para um computador com hardware superior para geração de mapas de deslocamento do meio material. Os mapas foram analisados para determinação de parâmetros visco-elásticos. Além disso, através da implementação da técnica VMA, viabilizou-se estudos clínicos de maneira rápida e eficiente, por exemplo, análises gástricas após a digestão de alimentos marcados com partículas magnéticas e produção de ondas de cisalhamento para caracterização viscoelástica. / The magneto motive ultrasound (MMUs) is a novel technique, which combines magnetism and acoustics, in order to observe viscoelastic behavior of medium labeled with inserted magnetic particles. The magnetic force with modulation frequency () creates a mechanical disturbance in the object of study with twice the modulation frequency (2). Was applied a pulse-echo ultrasonic beamforming with pulse repetition frequency (PRF) at least five times greater than frequency of internal structure movement. The aim of this study was to develop an acquisition, processing and analysis protocol for MMUs through implementation of an automated platform for acquisition, which provides structured datasets for further processing and analysis of different applications (tissue mimicking phantoms or in vivo) of MMUs. First step was to develop the acquisition platform using an ultrasound research interface (URI). At this stage was developed a software with graphical user interface (GUI) written using C++ and Qt. This software automates magnetic excitation and acoustic acquisition, which has high frame rate. In addition, were defined default presets to provide oscillatory movement or shear waves. Then was created datasets acquired were structured and a header and transferred to an external personal computer through TCP/IP network. Second, the processing software with graphical user interface for processing and analyzing was developed. The frames acquired in radiofrequency (RF) mode were processed into displacement or velocity maps of medium internal structures. In this stage, we adapted a cross correlation algorithm to optimize for MMUs datasets. The evaluation of these maps was based on tradeoff between spatial resolution and computation time. Protocols for analysis of motion frequency and segmentation/characterization of shear waves, extracting velocity and attenuation for experiments performed with phantoms or in vivo were developed . In this work, it was implemented an automated MMUs system integrated with a software framework running on an ultrasound research interface (URI), which is used for acquisition of RF maps, further transferred for a PC with robust hardware to process into displacement maps. These maps were analyzed to obtain viscoelastic parameters of the medium. Moreover, this implementation of MMUs enables clinical fast and efficient trials for gastric evaluation of meals with magnetic particles and shear wave production for viscoelastic characterization.

Le bruit généré par les avions lors des phases de décollage et d'atterrissage est un sujet d'intérêt actuel dans l'industrie aéronautique. Il peut devenir critique avec l'urbanisation croissante des populations, celle-ci contribuant à l'augmentation du trafic aérien et le rapprochement des aéroports avec les zones habitées. Pour prévenir cette problématique, les centres de recherches et les industriels de l'aéronautique se regroupent pour développer des solutions technologiques communes. Dans le cadre général de ce projet sur la réduction du bruit global des avions civils, un système de réduction se base sur le principe du contrôle actif du bruit tonal d'interaction rotor/stator. Celui-ci est en effet, avec le bruit de jet, une des principales causes de nuisance sonore au décollage et à l'atterrissage. Pour cela, des sources d'anti-bruit sont placées à l'intérieur du conduit à proximité de l'interaction rotor/stator afin de l'annuler. L'objectif de ce projet de maîtrise est de modéliser une des sources d'anti-bruit utilisée dans le contrôle. Celle-ci est placée sur chaque aube composant la grille de stator. Elle est constituée d'une aube dans laquelle est inséré un actionneur piézoélectrique. Ce dernier est ensuite recouvert de plaques perforées permettant de garder une transparence acoustique et un profil aérodynamique, puis commandé électriquement. Le comportement vibratoire de l'aube instrumentée est simulé à l'aide du logiciel éléments finis COMSOL MULTIPHYSICS. Cela permet d'estimer le rayonnement acoustique de la source secondaire. Les paramètres du modèle sont ensuite ajustés par des mesures expérimentales puis les résultats obtenus validés expérimentalement. Cette caractérisation vibro-acoustique conduit au final à la modélisation de l'aube instrumentée par une source acoustique compacte, que l'on peut introduire dans un modèle analytique simplifié de turboréacteur afin de réaliser des simulations de contrôle.

This diploma thesis deals with the possibility of vibration sensing and vibrodiagnostics based on the use of so-called "SMART" materials such as piezoelectric layers or structures. Research studies have examined the general overview of vibrodiagnostic methods and their analysis of the possibility of sensing vibration by piezoelectric structures. This was followed by measuring and evaluating the results using various vibro-diagnostic methods. The results were compared with those obtained by sensing vibration using an accelerometer. We also dealt with the problem of detecting the deformation of the device by sensing vibration with piezoelectric structures. The last part was programming the "Myrio" to capture and evaluate the vibration using Labview.

Dans un contexte automobile électrique et hybride, la part des machines synchrones à aimants permanents s'est accrue exponentiellement. Cette évolution s'accompagne d'exigences en termes d'émissions vibro-acoustiques. En termes de dimensionnement de la chaîne de traction, l'analyse multiphysique du moteur s'avère être un enjeu crucial pour son développement. La nécessité de disposer de codes informatiques de conception possédant des temps de calcul faibles pour une précision maximale se fait ressentir pour l'exploration de solutions potentiellement performantes dans les premières étapes du processus de dimensionnement. A ce titre, les aspects vibratoires et acoustiques sont modélisés analytiquement et par éléments finis dans la présente thèse. Ainsi, au moyen du modèle magnétique, l'analyse magnéto-vibro-acoustique faiblement couplée (résolution itérative des différentes physiques) peut être réalisée.La thèse est découpée en quatre parties. La première expose un état de l’art sur les émissions vibro-acoustiques des machines et notamment la modélisation du bruit d’origine magnétique. Les problématiques de la modélisation sont détaillées. Dans une deuxième partie, les modèles sont largement décrits. Les modèles éléments finis sont validés expérimentalement. Une troisième partie se propose de valider les modèles analytiques par éléments finis, en complexifiant progressivement la géométrie d’une machine à aimants montés en surface à flux radial. Enfin, la dernière partie utilise les modèles éléments finis pour étudier des machines non-conventionnelles comme les machines à commutation de flux et les machines à aimants en surface à flux axial. / The proportion of permanent magnets synchronous motors used for electric and hybrid automotive traction has exponentially increased during the past decade. This evolution comes with ever-demanding low noise and vibrations requirements. Multi-physics analysis of the motor is a decisive issue for the development of the powertrain. For the exploration of potentially efficient motor solutions in first design steps, it is thus a necessity to have at disposal fast and accurate computer codes. In this respect, acoustic and vibratory aspects are modeled using finite element and analytical models in this thesis. As a result, using an electromagnetic model, the weakly-coupled magneto-vibro-acoustic analysis (iterative solving of each physic) can be performed.The thesis is divided into four parts. The first part states the art on machine vibro-acoustic emissions and focuses on noise of magnetic origins modeling. Issues of modeling are detailed. Then, models are described to a great extent in the second part. Finite element models are favorably compared to experimental measures. A third part validates analytical models in comparison to finite element analysis, by gradually complicating the geometry of a surface permanent magnets radial flux machine. Finally, a fourth part uses finite element models to study non-conventional machines such as flux switching radial flux machines and surface permanent magnets axial flux machines.

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An annoying tonal noise is produced by modern electrical trains duringacceleration and deceleration. This noise is caused by electromagneticforces generating structural vibrations, especially from the traction motors.The electromagnetic noise is dominant at low train speeds and affectsboth the passengers on the train and on platforms, as well as peopleliving near the track. The focus on this issue has increased the last years,both regarding legislation, contractual requirements and also because ofexpectations from citizens and travelers. To be able to design low noiseelectric drive systems, a thorough understanding of the cause and thepossibility to predict the electromagnetic noise is needed. This thesisdescribes the modelling and simulation of an complete multi-physicsreal-time environment for prediction and analysis of the electromagneticnoise. The simulation results are validated against measurements of thestructural vibration and acoustic response of a real traction motor fed bya power converter running in the entire operational range. / <p>QC 20161118</p>

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