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Orientador : Jose Maria Saiz Jabardo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Mostra-se, neste trabalho, o desenvolvimento de modelos semi-analíticos de previsão das transições bolhas-pistonado e pistonado-agitante em um escoamento gás-líquido vertical ascendente. Os resultados foram comparados com modelos analíticos e dados experimentais publicados. Um circuito de escoamento bifásico de água e ar, vertical, operável em baixa pressão, foi especialmente montado para que se obtivesse da- dos experimentais relacionados aquelas transições. Fotografias do escoamento e análises de propriedades dinâmicas do sinal de um sensor de resistividade mostraram que características importantes do escoamento não haviam sido, ate então, consideradas no modelamento das transições bolhas-pistonado e pistonado-agitante Abstract: The present work focus on developments of semi-analytical models for predicting the bubble-slug and slug-churn transition that are observed in a vertical upward gas- liquid flow. The results were compared with existing models and experimental data. An air-water vertical loop was constructed in order to obtain experimental data related to the mentioned transition regimes. The data were obtained through analyses of the dynamical properties of the signal from a resistivity probe. The results are also presented by photographs of the flow. Both photographs and signal data showed that important characteristics o£ the flow, of critical relevance when modeling the bubble-slug and the slug-churn transitions, had not been considered yet Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: David Comedi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" Resumo: Neste trabalho, apresentamos resultados experimentais de um estudo de pinholes em filmes finos de a-Ge0.9Si0.1: H e a-Ge0.9Si0.1. As amostras foram depositadas pela técnica de Ion Beam Sputtering Deposition, usando kriptônio e argônio como gás de sputtering. Os pinholes foram observados por microscopia óptica em amostras crescidas sobre vidro usando diferentes pressões parciais de hidrogênio, em 6 e 12 regiões de 1mm2 escolhidos aleatoriamente perto do centro das amostras. A concentração de hidrogênio nas amostras foi determinada por medidas de transmitância no infravermelho. Foi observado um aumento imediato do numero médio de pinholes em função do tempo de armazenamento das amostras a temperatura ambiente, atingindo-se uma saturação após 20 dias aproximadamente. O número médio de pinholes a qualquer tempo depois da deposição é maior conforme a concentração de hidrogênio na amostra aumenta. Foi também medido o stress nos filmes em função do tempo o qual manteve-se constante dentro da margem de erro. Para explicar estes resultados, propor-se um modelo teórico, baseado em observações prévias reportadas na literatura, o qual considera as bolhas como precursores dos pinholes nos filmes. Para determinar os parâmetros do modelo fez-se um estudo da altura das bolhas usando um profilômetro e do diâmetro das mesmas por microscopia óptica. O ajuste do modelo teórico aos dados experimentais é bom, e os parâmetros obtidos a partir do mesmo não estão em contradição com os dados disponíveis na literatura Abstract: In this work, experimental results of a study of pinholes in a-Ge0.9Si0.1: H and a-Ge0.9Si0.1thin films are presented. These films were prepared using the ion beam sputtering deposition technique, with krypton and argon as working gases and using different hydrogen partial pressures. The pinholes were observed by optical microscopy in films deposited on corning glass substrates, in 6 and 12 regions of 1 mm2 random selected near to sample¿s center. The concentrations of hydrogen in the samples were determined by infrared transmission spectroscopy. We have observed immediate increase of the average number of pinholes with sample storage time at room temperature, attaining saturation after 20 days approximately. The average number of pinholes at any time after the deposition is higher as the sample hydrogen concentration increases. We have also measured the stress in the films as a function of time, which was constant within the experimental error. In light of the results, we have suggested a theoretical model based on prior observations reported in the literature, which consider the bubbles as the precursors of pinholes in the films. To determine the parameters of the model, we performed a study of the bubbles height using a perfilometer and of their diameter by optical microscopy. The agreement of the model with the experimental dataset is good, and the parameters obtained are not in contradiction with the data available in the literature Mestrado Física Mestre em Física

Orientadores: Fernando de Almeida França, Edson Yoshihito Nekagawa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O presente trabalho apresenta os resultados de uma investigação experimental realizada para avaliar a influência de um meio não-newtoniano e da inclinação da tubulação sobre a velocidade de ascensão de bolhas alongadas. o aparato experimental consiste de um tubo de acrílico transparente de 9,44 m, com diâmetro interno de 77,2 mm, que pode se fixado em qualquer inclinação entre as posições horizontal e vertical. Foram utilizadas válvulas de fechamento rápido para a medição da fração de vazio volumétrica, e sondas de condutividade elétrica para a determinação da velocidade e comprimento das bolhas alongadas. Foram realizados 622 testes, tendo ar como a fase gasosa e uma solução de goma xantana como o fluido de perfuração com comportamento não-newtoniano, para diversas inclinações do tubo. Adicionalmente, foram realizados 619 testes com a mistura ar-água. Os resultados experimentais foram comparados com trabalhos já publicados Abstract; This work shows the results of an experimental investigation carried out to evaluate the influence of a non-Newtonian medium and pipe inclination on the rise velocity of elongated bubbles. The experimental apparatus consists of a 9.44 m long transparent pipe with 77.2 mm inside diameter that can be set at any inclination from vertical to horizontal. It contains ball valves that allows measurements of volumetric void fractions, and electrical conductivity probes for length and velocity determination of elongated bubbles. For several pipe inclinations, 622 tests were run using air, as the gas phase, and Xanthum Gum solution, as the drilling fluid with non-Newtonian behavior. Additional 619 tests were run for air-water mixture. The experimental results were compared with previous works Mestrado Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A sílica vítrea é um material de grande interesse científico e tecnológico devido às suas propriedades físicas e químicas, tendo um vasto campo de aplicações avançadas, em particular na área da tecnologia de informação. Existem vários métodos de manufatura da sílica vítrea, sendo que a qualidade final do produto depende da matéria-prima e da técnica de processamento utilizado. Em aplicações ópticas, a sílica vítrea deve ser livre de bolhas e com baixa concentração de hidroxilas, visto que eles afetam a resistência mecânica e interferem na transmitância óptica. Neste estudo, utilizamos a técnica de Verneuil de fusão com chama, para a preparação de sílica vítrea de alta qualidade. Para estudar a geração de bolhas e incorporação de hidroxilas, utilizamos dois tipos de pós: pó de quartzo natural purificado e pó de sílica sintética sol-gel; e dois tipos de chama: chama GC2/¿O IND. 2¿ e GLP/¿O IND. 2¿ com diferentes relações de mistura dos gases. Para as amostras fundidas a partir do pó de quartzo natural, observamos que há uma grande quantidade de bolhas geradas são a partir de inclusões fluídas presentes no pó, no entanto, essas bolhas colapsam durante o processo de fusão, obtendo-se tarugos livre de bolhas. Para a chama de GC2/¿O IND. 2¿ obtivemos que a concentração de hidroxilas e de bolhas são influenciados pela mistura dos gases, diminuindo para as misturas mais redutoras. Utilizando uma mistura de GC2/¿O IND. 2¿ = 0,40 obtivemos uma sílica vítrea livre de bolhas e com baixa concentração de hidroxilas ('< ou =¿ 100 ppm) Abstract: Due to its exceptional physical and chemical properties, silica glass has been one of the most interesting material from both, scientific and technological points of view. The silica glass has a large spectra of advanced applications, in particular to the area of information technology. Several methods can be used for the production of silica glass, and the final quality of the product depends of raw-material and on the processing technique. For optical applications, the silica glass must be bubble-free with low hydroxyl content, once they interfere on the mechanical resistance and degenerate the optical transmittance. ln this study, the flame fused Verneuil technique has been used to prepare high purity silica glass. ln order to study bubbles generation and hydroxyl incorporation, two types of powders were used: purified natural quartz and synthetic sol-gel silica. And also, two types of flames, LPG/¿O IND. 2¿ and GC2/¿O IND. 2¿ flames with different mixtures, were used to conduct the experiment. It was observed that for samples fused from natural quartz powder, a high concentration of small bubbles are generated from the inclusions present in the grain during fusion process, but such bubbles are collapsed as the fusion progresses to form bubble-free ingot. A strong dependence of the remained bubbles and hydroxyl concentrations with the mixture ratio of GC2/¿O IND. 2¿ flame was observed, decreasing its concentration for more reductive flame. A bubble-free silica glass with low concentration ('< ou =¿ 100 ppm) was obtained with 0,40 of GC2/¿O IND. 2¿ ratio Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Alberto Luiz de Andrade Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho, estuda-se transferência de massa entre fases com reação química.Um modelo matemático, que propicia o cálculo do fluxo mássico associado a um processo de borbulhamento, é confrontado com dados experimentais obtidos em laboratório. O modelo, que poderia denominar-se modelo difusivo transiente, é utilizado para descrever a transferência de massa interna à bolha e tem como hipótese fundamental a transferência de massa exclusivamente por difusão molecular na fase gasosa (bolhas). O líquido, por sua vez, absorve e reage quimicamente com um dos componentes proveniente da fase gasosa (bolhas). Salienta-se o caráter transiente das condições interfaciais e a ausência de quaisquer efeitos térmicos. Para obtenção das pressões parciais dentro da partícula esférica, bem como os fluxos de massa, a equação da difusão (2ª Lei de Fick) foi resolvida numericamente pelo método de Colocação Ortogonal. Um pequena coluna de borbulhamento em acrílico, com seção retangular de 13,7 x 15,0 cm foi construída, onde um difusor cônico distribuía o gás através de cinco furos (1 mm de diâmetro) pela base da coluna. A tabela abaixo mostra os sistemas estudados, explicitando-se os gases (sempre balanceados com nitrogênio) e os solventes utilizados... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: Interface mass transfer with chemical reaction is studied in this work. A mathematical model, which gives a mass flux associated with a bubbling process, is compared with experimental results. The model, for which the fundamental hypothesis is that mass transfer occurs only by molecular diffusion at the gas phase (bubbles), has been used to compute the mass flux into bubbles. As well as absorbing the soluble gas, the solvent should also react to it. It is pointed out the unsteady state interface conditions and that bubbling occurs at constant temperature. The diffusion equation (Fick's second law) has been solved to determine the partial pressure into sphericalparticles and the mass fluxes through the Orthogonal Collocation method. The experimental studies were performed in an acrylic column with a rectangular cross section (13.5x15 cm) in semibatch regime The gas mixture was fed continuously at the bottom of the column through a distribution cone. Between the cone and the column there was a perforated plate with tive oritices of 1 mm in diameter. Table I shows the gases and solvents chosen... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Sistemas de Processos Químicos e Informática Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Ana Maria Frattini Fileti, João Alexandre F. R. Pereira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema óptico de detecção de bolhas em tubulações. Esta montagem foi realizado no Laboratório de Controle e Automação de processos de DESQ/FEQ/UNICAMP. As bolhas podem representar um problema em certos processos químicos, por exemplo, no caso de uma tubulação que alimenta uma bomba. Deseja-se exista somente líquido passando, pois bolhas geraria cavitação e também desgaste do rotor devido ao choque dessas bolhas de ar com o rotor e com as paredes internas da bomba, inutilizando-a em pouco tempo de uso. Um outro exemplo, em tubulações com líquidos quentes que alimentam um trocador de calor, a presença de bolhas faz com que a eficiência da troca térmica do equipamento diminua. O sistema óptico desenvolvido utilizou como emissor de luz, o laser e como receptor, um componente eletrônico chamado de fototransistor. Dois tipos de sensores ópticos foram desenvolvidos. O primeiro deles, o sensor pontual, utiliza apenas um emissor laser e um fototransistor. Já o segundo, chamado de sensor multiponto, utiliza quatro emissores laser e quatro fototransistores. Duas interfaces eletrônicas foram desenvolvidas. A interface do sensor pontual funciona com retenção do sinal de saída, ou seja, a saída não se altera até a passagem de uma nova bolha... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: This work describes the development of an optical system to detect bubbles on chemical industries pipelines. The experimental apparatus was assembled in the Processes Control and Automation Laboratory of DESQ/FEQ/UNICAMP. Bubbles may represent a problem in some processes. For example, the presence of bubbles in the liquid that feeds a centrifugal pump can cause a decrease in the pump efficiency and the rotor wearing down due to the friction forces. Another example can be found in pipes with hot fluid that feeds a heat exchanger. Bubble appearance will also decrease the heat transfer efficiency. The developed optical system employs the laser pointer pen as a light source (emitter) and an electronic component, called phototransistor, as a receiver. Two optical sensors were developed. The first one was assembled using just one emitter and one-receiver devices. The second one, called multipoint sensor, was developed using four emitters and four receivers. An electronic interface was successfully developed to connect the optical sensor on the Fieldbus network. For the one-emitter-sensor, the interface uses the latch feature so that the transmitter state does no change until a new event happens. On the multipoint sensor, the interface works as an asynchronous counter: for every bubble event, the counter in the software is increased by one... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Sistemas de Processos Químicos e Informática Mestre em Engenharia Química

Orientador: Elnatan Chagas Ferreira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Na arquitetura duplo "folding" com interpolação, os bits mais significativos são determinados pela quantização do sinal de entrada usando um circuito "folding" e os bits menos significativos são obtidos pela técnica de interpolação. A maioria das soluções empregadas para implementar uma técnica de interpolação utiliza a interpolação resistiva ou uma técnica de interpolação por divisão de corrente (com transistores NMOS). Estas técnicas de interpolação têm alguns aspectos indesejáveis. Alternativamente, este trabalho propõe fazer a interpolação no circuito de "folding encoder" e nos "latches" mestre do conversor A/D. Os resultados mostraram que a nova técnica de interpolação pennite construir conversores A/D de 8 bits, porém é necessário cuidados especiais na detenninação das áreas dos transistores que fazem a interpolação dupla. Nos conversores A/D tipo duplo "folding", um conjunto de alguns "latches" mestre-escravo transforma a informação analógica interpolada em um código circular. Um erro de decisão em um "latch" mestre-escravo pode causar erro no código circular (denominado erro de bolha). Técnicas de correção de erro detectam e corrigem os erros de bolha, melhorando a razão de erro do conversor A/D. Este trabalho também propõe e descreve um novo método para a técnica digital de correção de erro que detecta e corrige erros de bolha durante a detecção da transição de zero para um do código circular. Além disso, este trabalho propõe uma nova topologia para o conversor A/D que permite diminuir a complexidade do circuito e o consumo de potência, com a conseqüente redução da área do "chip" Abstract: In a double folding architecture with interpolation, the most significant bits are determined by the quantization of input signal using a folding circuit and the least significant bits are obtained by interpolation technique. Most of the solutions employed to implement an interpolation technique use a resistive interpolation or a current division interpolation technique (with NMOS transistor). These interpolation techniques have some undesirable features. Alternatively, this work proposes to make the interpolation in the folding encoder circuit and in the master latches of the A/D converter. The results showed that the new interpolation technique allows to build A/D converters of 8 bits, even so it is necessary special care in the determination of the areas of the transistors that make the double interpolation. In double folding A/D converters, a set of some master-slave latches transforms the interpolated analog information into circular code. A decision error in a master-slave latch may cause error in the circular code (the so-called bubble error). Error correction techniques detect and correct bubble errors improving the error rate of the A/D converter. This work also proposes and describes a new method for digital error correction technique that detects and corrects bubble errors during the transition detection from zero to one for circular code. Furthermore, this work proposes a new topology for the A/D converter that allows the decrease of circuit complexity and of the potency consumption, with the consequent reduction of the area of the " chip" Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Milton Mori Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Esta pesquisa tem como objetivo avaliar as principais forças interfaciais que atuam no escoamento gás-líquido em uma coluna de bolhas retangular, de dimensões 150cm x 26;4cm x 3;1cm (altura (H) x largura (W) x profundidade (D)), com aeração centralizada, empregando a Fluidodinâmica Computacional (CFD). O caso proposto é baseado em um estudo experimental de um sistema ar-água operando em regime homogêneo, com altura inicial de líquido (Hl) igual a 79;2cm, correspondente a razão de aspecto (Hl /W) de 3. Empregou-se para a fase dispersa, um diâmetro de bolhas de 4;95mm e uma velocidade superficial de 2;9cm/s. Para validação do modelo, comparações com dados experimentais obtidos da literatura foram realizados em seções transversais em quatro níveis axiais (Y/Hl = 0;1; 0;2; 0;4; 0;75). Para o fechamento do modelo matemático foram analisados quatro modelos de turbulência na descrição da fase contínua (k-'épsilon', RNG k-'épsilon', LRR-RSM, SSG-RSM), bem como diferentes correlações para a verificação da influência das forças interfaciais envolvidas neste tipo de escoamento (arraste, sustentação, dispersão turbulenta e massa virtual). As forças de sustentação e dispersão turbulenta em adição à de arraste mostraram influências significativas nos padrões fluidodinâmicos, enquanto que a força de massa virtual pôde ser negligenciada para o caso estudado. O modelo completo final testado, predisse satisfatoriamente o escoamento em regiões onde este se encontra plenamente desenvolvido, concordando com o padrão experimental Abstract: This study aims to evaluate the main forces which act in gas-liquid flow in a rectangular bubble column of dimensions 150cm x 26;4cm x 3;1cm (height (H) x width (W) x depth (D)), with centralized aeration, using CFD technique. The proposed case is based in a experimental study of an air-water system operating in homogeneous bubbly flow, with initial liquid height (Hl) of 79;2cm, corresponding to aspect ratio (Hl /W) of 3. For dispersed phase it was employed a bubble diameter of 4;95mm and a superficial velocity of 2;9cm/s. To validate the model, comparisons with experimental data provided from literature were carried out in transversal sections at four axial levels (Y/Hl = 0;1; 0;2; 0;4; 0;75). To closure the mathematical model, four distinct turbulence models were analyzed to describe the continuous phase (k--'épsilon', RNG k--'épsilon', LRR-RSM, SSG-RSM), as well different correlations to verify the influence of the interfacial forces involved in this type of flow (drag, lift, turbulent dispersion and virtual mass). The consideration of lift and turbulent dispersion in addition to drag force showed meaningful influences in fluid dynamics pattern, while virtual mass force can be neglected. The final complete model tested predicted properly the flow in fully developed regions, according to the experimental pattern Mestrado Processos em Tecnologia Química Mestre em Engenharia Química