Seminários e Teses

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Esta semana (de 24/09 a 30/09)
Seminário da pós-graduação
27/09
Estimativa de Variáveis de Estado em Problemas de Transferência de Calor
César Cunha Pacheco, UFRJ

Data: 27/09/2017 às 16h e 0min
Local: Sala 106L


Resumo

O crescente interesse no uso de técnicas de solução de problemas inversos para diversas aplicações em pesquisa e na indústria tem levado ao desenvolvimento de novas metodologias e abordagens. Além disso, com frequência, ao se quantificar experimentalmente parâmetros de modelos matemáticos de fenômenos físicos, resulta que valores numéricos e pontuais não transmitem toda a informação acumulada; por outro lado, uma abordagem estatística permite que o algoritmo de solução incorpore e leve em consideração esta informação até então desprezada. Com este objetivo em mente, novos algoritmos têm sido desenvolvidos para a solução de problemas inversos sob esta ótica. No caso particular da estatística Bayesiana, este campo de conhecimento é comumente conhecido pelo nome de "Abordagem Bayesiana de Problemas Inversos", onde o teorema de Bayes efetua a mediação entre os dados de entrada, o modelo matemático e a solução do problema inverso, com todos sendo descritos na forma de distribuições de probabilidades. Nesta apresentação, são introduzidas técnicas baseadas no Filtro de Kalman para soluções de problemas lineares e não lineares, metodologias para lidar com erros de modelagem e exemplos de aplicação em problemas de transferência e biotransferência de calor.


Próxima semana (de 01/10 a 07/10)
Tese de Doutorado
02/10
An experimental study of the validity of the von mises yielding criterion for elasto-viscoplastic materials
Luiz Umberto Rodrigues Sica, Puc-Rio

Data: 02/10/2017 às 09h e 0min
Local: Sala de aula do 6ºandar


Orientador: Paulo R. de Souza Mendes e Roney Thompson
Área de Concentração: Termociências

Resumo

In the first part of the present research, we are going to reinforce that normal stress differences are not negligible and should be taken into account in material properties evaluation. It is usual practice in rheology to measure the apparent yield stress in simple shear flow. In these measurements, the apparent yield stress is identified as the maximum value of the shear stress below which no irreversible flow occurs. Then, the thus determined apparent yield stress is used in conjunction with the von Mises criterion in any complex flow. The von Mises criterion compares it with the intensity of the deviatoric stress tensor. It happens that for simple shear flow the intensity of the deviatoric stress is composed of both the shear stress and the normal stress differences, but the contribution of the latter is never considered in the experimental determination of the apparent yield stress. In view of assess the importance of the contribution of the normal stresses to the apparent yield stress, a sequence o standard constant shear stress tests were performed for each material, estimating the critical stress which represents the mean value obtained between the stress values of the curves in which the material flows and does not flow with an accurate tolerance. After that, a proposed test to evaluate the proper values of the normal stress differences was performed for each material, giving the value of N1-N2 at the critical stress value previously obtained. Following, with those results the intensity of the second invariant of the deviatoric stress tensor was evaluated for two cases considering and neglecting N1 and N2 for each material. It was observed that for some materials the normal stress contribution is much larger than the shear stress contribution. Furthermore, the validity of the von Mises yielding criterion for elasto-viscoplastic materials was evaluated analyzing the following aspects: (i) if the Bauschinger effect is negligible, and (ii) if the direct relation in which the magnitude of the apparent yield stress in shear flow is sqrt{3} lower than the apparent yield stress in tension/compression. For this purpose, in order to generalize the study for different flow conditions, constant volume squeeze flow and traction tests were performed evaluating the compressive and tensile critical stresses. After that, the intensity of the deviatoric stress tensor was calculated for each flow and material. Besides, no-slip and partial slip boundary conditions were considered for the constant volume squeeze flow, and as a remarkable result, it was possible to obtain the static equilibrium state for several materials estimating the compressive apparent yield stresses. The author is not aware of the existence of these experimental results. As the most important conclusion, the von Mises yielding criterion was considered not accurate representing yielding of elasto-viscoplastic materials. However, it stills an amazing approximation for metal and widely used in civil engineering.


Dissertação de Mestrado
03/10
Análise de Simuladores de Fraturamento Hidráulico em Redes de Fraturas Discretas
Luiz Carlos Bittencourt Fontes, Puc-Rio

Data: 03/10/2017 às 15h e 0min
Local: Sala do 6ºandar


Orientador: Arthur Braga
Área de Concentração: Petróleo e Energia

Resumo

Esta dissertação teve por objetivo apresentar os principais diferenciais entre um software comercial de projeto de fraturamento hidráulico com desenvolvimento de rede de fraturas discretas tridimensional e softwares de projeto de fraturamento convencional. Enquanto no fraturamento convencional adota-se um modelo de fratura planar com duas asas simétricas em relação ao poço, no fraturamento em shale gas/oil o modelo atualmente aceito é o de criação/ativação de uma fratura dominante e uma rede de fraturas paralelas e fraturas ortogonais à dominante.
Como esclarecimento do principal cenário de fraturamento não convencional foram apresentadas a descrição e principais propriedades de shale gas/oil. Expondo em seguida as teorias das geometrias ortogonais e a importância das fraturas naturais que embasam as doutrinas do DFN.
Foram apresentadas as premissas da modelagem, as equações adicionais em relação ao FH convencional, os critérios adotados para a solução destas equações e os dados de entrada adicionais relativos à rede de fraturas.
Para ilustrar os diferenciais de modelagem convencional e com rede de fraturas discretas foram apresentadas as equações governantes de um simulador pseudo-tridimensional convencional (P3D) e as equações governantes do simulador com criação de rede de fraturas estudado (FHShale).
Uma vez que os dados de entrada adicionais são o maior desafio para os projetistas de FH, apresentou-se um capítulo sobre os mesmos, com um exemplo de entrada de dados real comentado e um capítulo descrevendo as formas de saída de dados do simulador.
Concluiu-se que o coeficiente de filtrado total tem grande impacto na geometria e condutividade da fratura dominante e rede de fraturas secundárias, influenciando também as concentrações de agente de sustentação, como também ficou provado que a interação entre fraturas reponde pela variação do espaçamento assumido entre os planos de fratura. Verificou-se que não se deve usar softwares de projeto de fraturamento convencional em cenários de reservatórios não convencionais, pois os resultados são irrealistas. Apontou-se deficiências do software de projeto de fraturamento hidráulico com rede de fraturas analisado, como a consideração de coeficiente de filtrado constante ao longo da operação.
Espera-se que esta dissertação seja útil aos projetistas de fraturamento hidráulico ao lidar com reservatórios não convencionais como shale gas/oil e que estimule o interesse da academia por este tema


Semana de 08/10 a 14/10
Dissertação de Mestrado
11/10
Wireless ultrasonic energy and data transmission through fluid and metallic layers
Victor Lopes Takahashi, Puc-Rio

Data: 11/10/2017 às 10h e 0min
Local: Sala de aula do IEPUC


Orientador: Arthur Braga e Alan Conci
Área de Concentração: Petróleo e Energia

Resumo

Nonintrusive power transfer and data communication between devices through metallic walls is an increasing need in several sensing system. Traditional means of communication mainly use electric conductors or electromagnetic waves. The first needs some mechanism for penetration whereas the latter, although nonintrusive, can be extremely limited due to the Faraday shielding effect. An alternative is found in the use of acoustic waves to transfer data and energy through metallic walls. Although great effort has been recently directed towards this type of communication, there still is a shortage of data dealing with the acoustic channel in the presence of multiple layers as well as of experimental results with curved metallic walls. Possible applications in these contexts may be found when monitoring pressure vessels filled with a fluid or pipes conveying liquids. The present dissertation evaluates, analytically, numerically and experimentally, the transmission of energy and data communication through a multi-layered, liquid-metal acoustic channel, composed of two curved metallic walls with a layer of liquid between them. For this, initially, two models based on propagation of ultrasonic waves are analyzed and compared, one analytical and the other numerical, both relying on electric-acoustic analogies. Both are extended to include more than one layer of material. The energy efficiency assessment and data transfer capability are addressed through the models and also experimentally validated using an acoustic channel comprising a flat aluminum plate and two axially aligned piezoelectric transducers coupled to it. In addition, an electric circuit is developed for the transmission of energy from outside to inside and the communication of digital data from the inside to the outside by ASK modulation and demodulation. The circuit is simulated using electrical circuit simulation software, designed and assembled with printed circuit boards. Thereafter, a second experiment where the acoustic channel is composed by a curved metallic section with an intermediate fluid layer is implemented. In this, the power and data transfer are studied using the developed electric circuit, which is connected to a pair of piezoelectric transducers coupled to the acoustic channel. Results for the flat aluminum plate reveal good agreement between both models and the experiment, both by frequency and time domain analysis. The analytical model best reproduced the physical phenomenon of interest due to its stricter treatment of loss mechanisms. The second experiment proved the feasibility of multi-layered liquid-metal communication on curved walls and showed that the system is able to transmit data from temperature and pressure sensors at a rate of 9600 bps. The sensor and all its peripheral circuitry were fully powered by the energy flowing through the acoustic channel in total of approximately 140 mW.