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Orientadores: Luiz Fernando Milanez, Leonardo Goldstein Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Alguns equipamentos de transmissão digital em uso no Brasil possuem as placas de circuito impresso montàdas horizontal mente, a exemplo de outras geometrias semelhantes. As estruturas para acondicionamento destas placas, denominadas Mecânica Vertical Padrão (MVP) apresentam um valor elevado da relação altura/largura e são montadas lado a lado, de costas para outras estruturas. O presente trabalho trata de dissipação térmica em regi me permanente na unidade térmica da MVP, ou seja, a cavidade constituida pela placa de circuito impresso, a blindagem magnética superior e as porções das paredes externas compreendidas entre elas. A transferência de calor em cada unidade foi analisada admitindo-se que as superflcies envolvidas são isotérmicas com radiosidade uniforme. Uma vez identificados os caminhos térmicos para a remoção do calor desde o ponto onde ele é gerado até o ponto onde ele é dissipado, a analogia elétrica féi empregada para se construir o circuito térmico equivalente. Muitas das resistências deste circuito são função da temperatura, de modo que o sistema de equações algébricas não-lineares pôde ser resolvido somente por um método iterativo. Foram realizados testes experimentais em um módulo da Mecânica Vertical Padrão, onde aplicaram-se condições de contorno mais. simples a fim. de se verificar a modelagem desenvolvida. Os campos de temperatura teórico e experimental apresentaram boa concordância Abstract: Printed circuit boards may be arranged horizontally in many situations, as for example in some digital transmission equipments being used in Brazil. Such pieces of equipment, known as slim racks, have a high aspect ratio height/width and are assembled side by side and back to back. The present work deals with the steady - state thermal dissipation in the so-called thermal unit of the slim rack ma de of the printed circuit board, the magnetic shield above it and the bounding walls, constituting an enclosure. The heat transfer in each thermal unit was investigated by assuming isothermal enclosure surfaces with uniform radiosities. Once the thermal paths from where the energy is being -generated to where it is dissipated are identified, the electric circuit analogy is employed to obtain the thermal resistance network. Most of the thermal resistancesare temperature-dependent and the associated nonlinear algebraic equations system can be solved only by an iterative method. An experimental investigation was carried out in a module of the slim rack with. simplified boundary conditions in order to verify the theoretical model. The agreement between the theoretical and experimental temperature field was found to be good Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Fernando de Almeida França Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: o objetivo deste trabalho é estudar a geometria de interface e a perda de carga em escoamentos horizontais estratificados e anulares. Escoamentos ondulados com e sem presença de dispersão e deposição de gotas líquidas foram analisados. O fenômeno foi experimentado em laboratório, utilizando-se ar e água como fluidos de trabalho. Os efeitos do processo de dispersão e deposição de gotas é levado em consideração na formulação do problema. São propostas correlações para perímetro molhado e para comprimento da interface, bem como para a tensão de cisalhamento na interface e tensão de cisalhamento na fase líquida junto à parede da tubulação. É sugerido um procedimento de cálculos para a previsão simultânea de gradiente de pressão e fração de vazio. Os resultados calculados são comparados com dados experimentais próprios e outros da literatura Abstract: This work was developed with the purpose of studying the interfacial geometry and pressure drop in stratitied and annular horizontal flows. Droplet and non-droplet wavy flows were investigated. Experimental data were obtained in laboratory by using air and water as working fluids. Droplet process effects were considered in the modeling of the problem. Correlations predicting the wet wall fraction and the interfacial length, as well interfacial and liquid shear stresses, were proposed. A procedure to simultaneously predict the pressure drop and the void fraction was sugested. Numerical results were compared with the present experimental measurements and literature data Mestrado Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O escoamento estratificado gás-líquido ocorre com frequência em processos industriais tais como exploração e produção de petróleo e gás, sendo observados em colunas de produção, gasodutos, etc. Em determinadas situações, a estabilidade deste padrão se faz necessária uma vez que sua transição pode acarretar maiores custos operacionais e de projeto. São encontradas várias técnicas na literatura que visam, dentre as variáveis importantes do escoamento, obter a medição de altura de líquido. Todavia, abre-se uma lacuna na utilização de transdutor de pressão para tal finalidade. O cerne deste trabalho foi utilizar esta técnica para medição de altura de líquido no escoamento estratificado gás-líquido, além de investigar sua aplicabilidade na elucidação das características ondulatórias presente neste padrão. Foram coletados dados de altura de líquido via transdutor de pressão e câmera de alta velocidade e perda de pressão bifásica num trecho de tubulação. Modelos mecanicistas presentes na literatura foram comparados com os dados experimentais, sendo proposta uma nova abordagem em relação ao fator de atrito interfacial. A técnica do trabalho, dado a complexidade envolvida nos escoamentos multifásicos, apresentou boa concordância quando comparada com a câmera de alta velocidade e o modelo teórico proposto se mostrou satisfatório Abstract: The gas-liquid stratified flow often occurs in industrial processes such as exploration and production of oil and gas, being observed in the production of columns, pipelines, etc. In certain situations, the stability of this pattern is required, since the transition may cause higher operational and project costs. Various techniques are found in the literature, which aim, among the important variables of flow, to obtain the measured fluid level. However, a gap is opened in the application of pressure transducer for this purpose. The objectives of this work were to use this technique for measuring the height of liquid in the gas-liquid stratified flow, and to investigate its applicability to elucidate the features present in this wavelike pattern. Data were collected of height of liquid via high-pressure transducer and high-speed camera, and of loss of biphasic pressure in a pipe section. Mechanistic models in the literature were compared with experimental data, and it was proposed a new approach to the interfacial friction factor. The state of the art, given the complexity involved in the multiphase flow, showed good concordance with the high-speed camera, and the proposed theoretical model was shown to be satisfactory Doutorado Térmica e Fluídos Doutor em Engenharia Mecânica CAPES 33003017

Orientadores: Ana Maria Frattini Fileti, Ricardo Dias Martins de Carvalho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Esta pesquisa teve como finalidade o desenvolvimento de redes neurais artificiais (RNA) para a determinação da fração de volume de gás (FVG) e de padrões de escoamentos multifásicos representativos da indústria do petróleo (IPDE). Os modelos neurais foram treinados por meio do algoritmo Levenberg-Marquardt com regularização bayesiana, considerado um padrão em otimizações não-lineares, além de ser um modo sofisticado de melhorar a generalização do modelo. Para cada variável a ser predita, duas redes neurais distintas foram criadas com entradas diferentes, sendo combinadas para gerar a saída desejada (FVG ou IPDE). Usando uma abordagem fenomenológica, foram formados números adimensionais, representativos das forças atuantes no escoamento bifásico líquido-gás, usados como entrada. As redes foram treinadas com um extenso banco de dados encontrado na literatura para escoamentos bifásicos verticais ascendentes e horizontais. Numa segunda abordagem, a técnica ultrassônica foi utilizada. Dados de atenuação acústica foram tratados e transformados em razão de energia, usada como entrada do modelo. Duas montagens experimentais permitiram a obtenção dos dados acústicos. A primeira utilizou óleo mineral como fase contínua em um circuito fechado de escoamento, provido de câmera de filmagem rápida para reconhecimento do padrão IPDE. A segunda usou um protótipo de medidor multifásico ultrassônico instalado em uma coluna vertical. Testes de retenção de gás (FVG) foram realizados usando petróleo como fase contínua, com diferentes viscosidades. O sistema neural final composto das duas redes neurais desenvolvidas (grupos adimensionais e ultrassom) usou um peso de 0,1 para a RNA dos grupos adimensionais e 0,9 para a RNA ultrassônica. Usando os dados do experimento de Gonçalves (2013), foi possível obter um erro médio de 3,8% para FVG e 99% de acerto na previsão de IPDE, confirmando a potencialidade das técnicas utilizadas para o desenvolvimento de um medidor multifásico industrial Abstract: This research aims at developing artificial neural networks (ANN) to determine the gas volume fraction (GVF) and the flow patterns in multiphase flows representative of the oil industry (FPI). The neural models were trained using Levenberg-Marquardt algorithm with Bayesian regularization, which is considered a standard regarding non-linear optimizations. Furthermore, it is a sophisticated way to improve the generalization of the model. Two distinct neural networks with different inputs were created to each variable to be predicted. They were combined to generate the desired output (GVF or FPI). Through a phenomenological approach, dimensionless numbers representative of the competing forces within two-phase liquid-gas flows were formed and used as inputs. The ANNs were trained with an extensive database found in the literature for horizontal and upward vertical two-phase flows. In a second approach, ultrasonic technique was used. Acoustic attenuation data were treated and transformed into energy ratio, used as inputs of the model. Using two experimental setups, it was possible to obtain the acoustic data. The first one used mineral oil as continuous phase in a closed circuit flow, with a high-speed filming camera for FPI pattern recognition. The other setup used an ultrasonic multiphase flow-metering prototype installed in a vertical column. Tests of gas retention (GVF) were carried out using crude oil as continuous phase, with different viscosities. The final neural system composed by the two developed neural networks (dimensionless groups and ultrasound) used a 0.1 weight for the dimensionless groups¿ ANN and a 0.9 weight for the ultrasound ANN. Using data from Gonçalves (2013)¿s experiment it was possible to obtain an average error of 3.8% for GVF and 99% of correct answers in FPI prediction, thus testifying the potential of the used techniques to the development of an industrial multiphase flow metering device Mestrado Sistemas de Processos Químicos e Informática Mestre em Engenharia Química CNPQ

Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, Ricardo Dias M. de Carvalho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Instituto de Geociências Resumo: O transporte de misturas complexas, como o escoamento gás-líquido, depende de vários parâmetros, incluindo o padrão de escoamento. O escoamento bifásico é bastante comum na indústria petrolífera. Em operações off-shore, líquido e gás escoam por longos trechos verticais, horizontais e inclinados através de linhas de escoamento e risers antes de serem separados na superfície. No presente trabalho, um aparato experimental, com uma tubulação de 54 mm de diâmetro, foi montado para simular o escoamento horizontal intermitente, água-ar. As características do escoamento foram investigadas usando duas estações de sensores ultrassônicos, separados por uma distância conhecida ao longo da tubulação, e filmagens realizadas com uma câmera ultrarrápida (1000 quadros por segundo). Cada estação ultrassônica consistia de um transdutor pulso-eco (posicionado a 0o) e três sensores receptores posicionados em diferentes ângulos ao longo da circunferência da tubulação (45o, 135o, 180o). Os parâmetros obtidos foram: velocidade da bolha alongada, comprimentos da bolha alongada, do pistão de líquido e da célula unitária, e frequência de passagem da célula unitária. Um algoritmo foi elaborado a fim de identificar qual estrutura (bolha alongada ou pistão de líquido) escoava na frente do sensor. Através desse programa foi possível calcular a espessura do filme de líquido assim como as vazões volumétricas das fases. A técnica de ultrassom se mostrou eficiente e apresentou um custo relativamente baixo para investigar as características do escoamento pistonado. A presença de muitas bolhas na cauda da bolha alongada pode causar erros nas medições que pôde ser observado através da filmagem, porém, dados provenientes de outros sensores em conjunto com os dados do sensor posicionado na parte inferior da tubulação podem auxiliar a detectar a transição da cauda da bolha para o começo do pistão de líquido Abstract: Transport processes in complex mixtures such as gas-liquid flows depend on various parameters, including the flow pattern. Two-phase flow is very common in petroleum industry. During off-shore production, liquid and gas phases travel long distances through flow-lines and risers before being separated. In the present work, experimental data are presented on the axial flow topology of horizontal, air-water slug flows in a 54-mm inner diameter acrylic pipe. The flow structure was investigated using two stations of an ultrasonic apparatus positioned at a known distance from each other along the flow direction and high-speed motion pictures (1000 fps) of the flow. Each ultrasonic station consisted of one emitter transducer (positioned at 0o) and three receivers at different angles (45º, 135º and 180º) along the pipe circumference. The parameters obtained were: elongated bubble velocity; elongated bubble, liquid slug and unit cell lengths, and unit cell frequency and flow rates of liquid and gas phases. An algorithm was made to identify which structure (elongated bubble or liquid slug) was passing in front of the transducer. This program made it possible to calculate the volumetric flow rates. Results shown by both techniques agreed against each other, however, more tests at other flow rates should be held to which for correlations could be made Mestrado Explotação Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Marcelo M. Ganzarolli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Foi realizada uma modelagem teórica com verificação experimental do resfriamento por convecção natural de placas de circuito impresso, dispostas na vertical e contendo componentes protuberantes. A análise térmica de placas de circuito impresso (PCB) serve para estimar, o mais preciso quanto possível, a temperatura de cada componente. Ela é importante para otimizar os projetos térmicos e verificar o desempenho de placas existentes. O experimento foi realizado com resistores simulando componentes reais; cada placa tinha 25 resistores distribuídos em 4 fileiras com 4 componentes e 3 fileiras intermediárias com 3 componentes. Termopares foram colados na placa de epoxi e nos resistores. A temperatura do ar entre as placas também foi medida por termopares localizados no canal. O gradiente de temperatura através da placa de epoxi (direção z) foi desprezado devido à pequena espessura da placa. A equação de transferência de calor em coordenadas cartesianas (bidimensionais) e em condições de regime permanente foi resolvida numericamente para a placa de epoxi. O fluxo de massa no canal e os coeficientes de transferência de calor por convecção natural para a placa de epoxi foram calculados por correlações de convecção natural para placas paralelas verticais. O conceito de convecção forçada induzida pelo empuxo foi aplicado nos resistores, onde foi empregado um coeficiente de transferência de calor por convecção forçada. A transferência de calor do resistor para a placa foi representado através do conceito de resistência térmica e o problema foi resolvido iterativamente. o objetivo principal do trabalho é apresentar um modelo teórico simples, para determinar o campo de temperatura na placa de circuito impresso. Uma boa concordância entre o modelo teórico e os resultados experimentais foi observada Abstract: Experiments and theoretical modeling were carried out on the cooling by natural convection of an array of vertical parallel printed circuit boards. The thermal analysis of printed circuit boards (PCB) for predicting, as accurately as possible, the temperature of each component is important to obtain an optimal thermal design and to check the performance of an existing PCB. Experiments were performed with power resistors simulating real components; each PCB comprises 25 resistors arranged in 4 rows of 4 elements and 3 staggered rows of 3 elements. Thermocouples were applied to the epoxy and to the resistors. The temperature of the air between the boards was also measured by means of thermocouples placed in the channel. Due to its relatively small thickness, the temperature gradient across the epoxy board was neglected. The heat diffusion equation in two-dimensional Cartesian coordinates under steady state conditions was solved numerically for the epoxy board. Mass flow rate in the channel and natural convection heat transfer coefficients for the epoxy board were calculated by natural convection correlations for an array of vertical parallel plates. The concept of "buoyancy induced forced convection" was applied to the resistors where forced convection heat transfer coefficients were employed. Resistors were linked to the epoxy board by thermal resistances and the problem was solved iterativelly. The main objective of the work is to present a simple theoretical model for determining the temperature field on the printed circuit board. Good agreement between this theoretical model and the experimenta results was observed. Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica