Modelização das camadas junto aos eléctrodos em descargas de arco de alta pressão

Nesta dissertação foi realizada a modelização numérica das camadas de não-equilíbrio junto aos cátodos e ânodos em descargas de arco de alta pressão. Ao contrário de trabalhos anteriores, a modelização é uni cada, i.e., baseia-se num único conjunto de equações escritas sem suposições simpli cativas tais como equilíbrio térmico, equilíbrio de ionização (Saha) e quaseneutralidade, e não utiliza uma divisão a priori do domínio de cálculo em sub- camadas com propriedades físicas diferentes. Processos de transporte de iões e electrões são descritos no âmbito do modelo de difusão. Foi também desenvolvida uma teoria da camada de ionização junto ao cátodo no âmbito do modelo multi uido. Os resultados obtidos são comparados com dados experimentais. Os resultados da tese elucidam a física de transferência de corrente através das camadas junto aos eléctrodos em descargas de arco de alta pressão, e servem para melhor compreen- der os fenómenos que ocorrem em vários dispositivos industriais, como as lâmpadas de descarga de muito alta pressão e as tochas de plasma.

Sistema automático de prevenção de úlceras por pressão

As úlceras por pressão são um problema de saúde pública que tem vindo a centrar a atenção da comunidade científica da área da saúde. Em consonância, a prevenção constitui um aspecto fulcral do seu controlo. Esta dissertação centra-se na prevenção deste flagelo, desenvolvendo um protótipo para estudo da prevenção das úlceras por pressão através de sistemas de sensores. Um olhar sobre a temperatura corporal e a pressão, enquanto factores etiológicos, levou à construção de um sistema de monitorização destas variáveis. O sistema de monitorização é constituído pela matriz de sensores, pelo circuito de aquisição de dados da matriz, por um microcontrolador que percorre cada um dos nós da matriz, por um sistema de transmissão sem fios e um software de visualização dos dados da matriz. A matriz de sensores, aplicada numa superfície de contacto, cadeira ou cama, está associada a um computador e a um nó sensor sem fios, para que a informação relativa a cada doente possa ser visualizada local e remotamente. Local, porque os dados de temperatura e pressão podem ser acedidos na unidade de cuidados e remotamente, pois a informação enviada sem fios através de um nó XBee, pode ser acedida num computador central, noutra sala, permitindo a monitorização, interpretação e registo dos dados. São apresentadas, neste trabalho, as matrizes de temperatura, uma com 64 sensores (8x8), que serviu de base à construção do circuito de aquisição de dados, outra com 256 sensores (16x16) de temperatura e ainda uma matriz de pressão. Para a matriz de sensores de pressão de 16x16, foram construídos manualmente cada um dos 256 sensores. Foi criado o software de visualização dos dados, obtidos da matriz, utilizando o MatLab, através do qual o utilizador final do sistema poderá aceder aos dados gráfica e numericamente. A aplicação do sistema desenvolvido permitirá medir, em situação de contacto, as alterações da temperatura da pele e pressão, factores estes associados à detecção precoce de úlceras de pressão.

Modelação da interacção entre um plasma de arco de alta pressão e cátodos refractários

Nesta dissertação apresento um estudo detalhado de vários aspectos da interacção entre um plasma de arco de alta pressão e cátodos refractários. Um modelo da camada de plasma junto ao cátodo num plasma sujeito a uma pressão da ordem de uma ou várias atmosferas é reconsiderado com base em recentes resultados teóricos. A física da camada de plasma junto ao cátodo é analisada para valores da queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo até 50V, de acordo com recentes resultados experimentais que mostram que a queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo numa descarga de arco de alta pressão pode atingir valores tão elevados. São identificados os mecanismos que originam a não monotonia da dependência da densidade de fluxo de energia (proveniente do plasma para a superfície do cátodo) em relação à temperatura da superfície do cátodo, para um valor fixo da queda de tensão junto ao cátodo. Uma descrição fechada da interacção plasma-cátodo é obtida por meio da resolução numérica do problema não linear com condições de fronteira para a distribuição da temperatura no interior do corpo do cátodo. São apresentados resultados da modelação numérica da descarga difusa nas condições de funcionamento de uma lâmpada de descarga experimental, sendo bom o acordo entre os resultados numéricos e os dados experimentais. Manchas solitárias num cátodo plano infinito e modos difuso e mancha axialmente simétricos em cátodos finitos de descargas de arco de alta pressão são estudados num grande intervalo de corrente. São analisados aspectos gerais e apresentados resultados numéricos referentes a cátodos de tungsténio planos e de forma cilíndrica a operar num plasma de argon à pressão atmosférica para correntes de arco até 100 kA. Émostrado, em particular, que a temperatura da superfície do cátodo no interior de uma mancha solitária varia relativamente pouco, podendo ser estimada com uma precisão de cerca de 200 − 300K sem ser necesário resolver a equação da condução térmica no corpo do cátodo. O comportamento assimptótico das soluções para um cátodo finito no caso limite de altas correntes é encontrado e confirmado pelos resultados numéricos. É confirmado um padrão geral das características tensão-corrente de vários modos de transferência de corrente em cátodos finitos sugerido previamente com base numa análise de bifurcações. É estudada a transição de modos mancha num cátodo finito no limite de cátodos de grandes dimensões para o modo mancha solitária num cátodo plano infinito. É estabelecido que o modo mancha solitária representa uma forma limite do modo mancha de alta tensão num cátodo finito. É considerada a questão da distinção entre modo difuso e modo mancha num cátodo finito. É desenvolvida uma abordagem para o cálculo de pontos de bifurcação nos quais soluções mancha tridimensionais bifurcam-se a partir de soluções que descrevem o modo difuso e modos mancha axialmente simétricos. Em particular, é calculado o primeiro ponto de bifurcação posicionado na solução que descreve o modo difuso e, por conseguinte, o seu limite de estabilidade, isto é, a corrente abaixo da qual o modo difuso torna-se instável. São apresentados os resultados da modelação numérica efectuada para o caso de um cátodo de tungsténio de forma cilíndrica a operar num plasma de alta pressão. É estudado o efeito produzido no limite de estabilidade pelas variações dos parâmetros de controle (dimensões do cátodo, função de trabalho do material do cátodo, tipo e pressão do gás que produz o plasma). Foi encontrado que o comportamento do limite de estabilidade sujeito a estas variações está em conformidade com as tendências observadas experimentalmente. Foi encontrado que o limite de estabilidade é muito mais sensível às variações dos parâmetros de controle do que as características tensão-corrente do modo difuso, sendo o efeito mais forte produzido pelas variações das dimensões do cátodo e da função de trabalho do material do cátodo. Este resultado está em conformidade com o facto experimental de que a transição difuso-mancha é de difícil reprodução.

Sensores de pressão em fibra óptica para o estudo dos fenómenos da percolação da água em solos

Dada a necessidade de obtermos sistemas monitorizados com elevada precisão, de grande durabilidade e resistentes às condições atmosféricas, surgiu a possibilidade de aplicação das fibras ópticas como sensores para monitorização de pressão. Nesse contexto, as fibras “hetero-core” (fibra óptica composta por uma fibra multimodo entre duas fibras ópticas monomodo) e a utilização de lentes GRIN (“GRaded INdex”) em conjunto com superfícies reflectoras permitem a determinação da pressão e são objecto de estudo desta dissertação. Em termos de aplicação, o objectivo principal desta tese de mestrado foi de proporcionar o projecto e desenvolvimentos da medida de pressão em 48 pontos para um tanque de estudo dos fenómenos de percolação da água nos solos e que é pertencente à Secção de Geotecnia do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Inicialmente, foi caracterizado um sistema contendo uma fibra “hetero-core” à qual foi aplicada uma curvatura, com auxílio de uma carruagem micrométrica. Este sistema permitiu a simulação do mesmo efeito de aplicação de pressão à fibra “hetero-core”. Na configuração seguinte, usou-se um OTDR (“Optical Time Domain Reflectometer”) para visualização e registo das perdas encontradas durante o processo de dobrar e esticar da fibra “hetero-core”. Ao longo deste registo, várias configurações foram testadas até ser encontrada a cabeça sensora com melhor comportamento para monitorizar a pressão. A multiplexagem foi conseguida ao colocar dois sensores em série, sendo cada um deles constituído por uma fibra “hetero-core” colocada no fundo de um tubo de água disposto verticalmente. Com a adição da água no tubo de água, a curvatura na fibra “hetero-core” aumentava, notando-se claramente que as perdas também subiam. Os resultados obtidos nesta configuração foram bastante satisfatórios permitindo a independência entre os dois sensores dispostos em série. Posteriormente, foi testada uma nova configuração sensora, o sensor de fibra óptica para monitorização de pressão foi construído com recurso a uma lente GRIN e uma superfície reflectora. Esta lente, disposta diante de um espelho, permitiu emitir e captar luz de um determinado comprimento de onda devido à reflexão do sinal luminoso no espelho. Com sucessivos incrementos, afastou-se e aproximou-se a lente ao espelho, registando-se e observando-se as perdas de potência obtidas com auxílio do OTDR. Também para esta configuração foi testada a multiplexagem de vários sensores, tendo sido utilizadas as seguintes opções: um acoplador de 2:1; um acoplador 4:1 e um comutador óptico. Verificou-se que a utilização de um comutador óptico é o melhor caso para a monitorização de pressão de múltiplos sensores. A multiplexagem com recurso ao comutador foi possível, uma vez que permitia a medição independente de cada sensor de pressão num determinado tempo. Com este resultado, é possível monitorizar 48 sensores com recurso ao OTDR, multiplexados temporalmente. Toda esta implementação prática da dissertação foi realizada nas instalações da Unidade de Optoelectrónica e Sistemas Electrónicos no INESC Porto, onde foram caracterizados e estudados sensores com diferentes características que poderão ser lidas neste documento. A componente teórica foi efectuada na Universidade da Madeira.

Os efeitos do plasma não térmico à pressão atmosférica no desenvolvimento larval e anomalias morfológicas de Drosophila Melanogaster

O plasma não térmico nos cuidados de saúde é um campo emergente que tem as suas raízes na ciência de plasmas. Este tipo de investigação tem crescido rapidamente e é agora objeto de um amplo esforço de pesquisa interdisciplinar envolvendo a medicina, a biologia, a física, a química e a engenharia. Têm sido feitos vários trabalhos de modo a elucidar quais as interações das espécies produzidas pelo plasma com os sistemas vivos. É evidente que o mecanismo da interação do plasma com os sistemas vivos é complexo, em parte devido à complexidade do plasma mas principalmente devido à enorme complexidade da biologia. O principal objetivo desta dissertação foi observar os efeitos do plasma não térmico à pressão atmosférica (PNTPAs) no desenvolvimento larval e anomalias morfológicas de Drosophila melanogaster. Para o efeito, foram expostas e analisadas fenotipicamente 2.566 larvas após exposição, dos diferentes estádios (1.º, 2.º e 3.º) de desenvolvimento. Os testes foram realizados com aplicações de plasma com e sem ultra violeta, em duas linhas diferentes de Drosophila; uma linha selvagem preparada por nós e uma linha laboratorial. A análise fenotípica revelou que após exposição as larvas apresentavam alterações no fenótipo e no comportamento que não foram observadas no controlo, nomeadamente anomalias nas mudas, traqueias partidas, formação de massas melanóticas que podiam persistir até à fase adulta, excesso de gotículas lipídicas, atraso no desenvolvimento, comportamento de não alimentação e formação de pupa imatura que levava à formação de pupa precoce e morte pupal. Na fase pupal, as anomalias mais comuns estavam relacionadas com a forma do pupário (causadas pela pipação prematura), apresentando um desenvolvimento aberrante. Entre os vários fenótipos observados, o mais significativo foi o criptocefálico (alterações na eversão dos discos imaginais) levando à morte pupal. Nos adultos, as principais anomalias morfológicas foram registadas na formação e segmentação das patas, na forma e padrão das nervuras das asas e na formação do tórax. A similaridade destes resultados com trabalhos publicados relacionados com a hormona esteróide ecdisona indicam que provavelmente o PNTPA poderá ter influenciado a biossíntese e/ou a regulação da ecdisona, a principal hormona que regula o desenvolvimento e a metamorfose em Drosophila.

Prevenção de úlceras por pressão segundo a perspectiva do enfermeiro intensivista

Analisar a atuação dos enfermeiros de unidade de terapia intensiva na prevenção da úlcera por pressão. Método: trata-se de estudo descritivo desenvolvido com 13 enfermeiros da unidade de terapia intensiva do Hospital Universitário Onofre Lopes (HUOL), em Natal-RN. Foi aplicado um questionário, submetido à análise de conteúdo temática. O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), sob o CAAE n. 0240.0.051.000-10. Resultados: os enfermeiros reportaram a realização da mudança de decúbito, a avaliação de risco, a discussão com os colegas sobre as medidas adotadas, a higiene e hidratação da pele do paciente através de uso de ácidos graxos essenciais e hidratante corporal, o cuidado com a disposição dos lençóis, de forma a evitar dobras, a utilização de colchão de ar e a aplicação de placas de hidrocoloide nas proeminências ósseas. Conclusão: a prática da prevenção das úlceras por pressão aplicada pelos enfermeiros da unidade de terapia intensiva ocorre sem padronização dos cuidados

Comportamento reológico de materiais cimentícios para poços de petróleo contendo naftaleno condensado ou policarboxilato

Pastas a base de cimento Portland são utilizadas na cimentação de poços de petróleo. Elas consistem de uma mistura de partículas sólidas de cimento dispersas em água e aditivos. Atualmente, diversos materiais alternativos são utilizados como aditivos, objetivando a modificação e a melhoria das propriedades das pastas de cimento, especialmente no aumento da fluidez. Novos aditivos plastificantes são capazes de suportar as diversas condições de poços, promovendo propriedades no estado fluido compatíveis às condições exigidas para cimentação.Dispersantes são os componentes da pasta que garantem fluidez, além de proporcionar controle na água perdida por filtração na formação porosa, garantindo o sucesso da operação de bombeio. Em deter minados campos, além do efeito da profundidade, as condições geológicas das formações promovemvariações do gradiente de pressão e temperatura ao longo da profundidade vertical do poço. Recentemente, diversos aditivos químicos da indústria da construção civil tem sido estudados em condições de cimentação de poços de petróleo. Vários produtos testados tem apresentado desempenho superior aos produtos normalmente empregados pela indústria de petróleo com boa relação custo/benefício em função do volume de mercado da construção civil. Resultados promissores na seleção de aditivos com função dispersante da construção civil para operações de cimentação de poços de petróleo onshore foram obtidos para temperaturas até 80°C. O potencial de uso desses aditivos permite estabelecer novas soluções para problemas encontrados na cimentação de poços de petróleo HPHT, poços sujeitos à injeção de vapor, poços depletados e poços produtores de gás. Na construção civil, os superplastificantes permitem reduzir o fator água/cimento das argamassas proporcionando melhoria de propriedades como resistência mecânica e fluidez. Assim, o objetivo deste trabalho foi o estudo e a caracterização reológica de pastas constituídas de cimento Portland, água e aditivos do tipo plastificante, com função dispersante a base de naftaleno condensado e policarboxilato, na faixa de temperaturas de 58°C e 70ºC. As condições utilizadas para a avaliação dos aditivos alternativos foram baseadas em uma cimentação primária para um poço hipotético de 2200 m de profundidade e gradientes geotérmicos de 1,7°F/100 pés e 2,1°F/100 pés. Os resultados demonstraram a grande eficiência e o poder dispersivo do policarboxilato para as temperaturas estudadas. O aditivo promoveu alta fluidez, sem efeitos de sedimentação da pasta. O dispersante à base de naftaleno reduziutant o a viscosidade plástica como o limite de escoamento acimada concentração a partir de 0,13%. O modelo de Bingham descreveu bem o comportamento reológico das pastas com policarboxilato para todas as concentrações

Estudo comparativo da utilização do nitrogênio como fluido alternativo após a injeção de vapor

Currently, due to part of world is focalized to petroleum, many researches with this theme have been advanced to make possible the production into reservoirs which were classified as unviable. Because of geological and operational challenges presented to oil recovery, more and more efficient methods which are economically successful have been searched. In this background, steam flood is in evidence mainly when it is combined with other procedures to purpose low costs and high recovery factors. This work utilized nitrogen as an alternative fluid after steam flood to adjust the best combination of alternation between these fluids in terms of time and rate injection. To describe the simplified economic profile, many analysis based on liquid cumulative production were performed. The completion interval and injection fluid rates were fixed and the oil viscosity was ranged at 300 cP, 1.000 cP and 3.000 cP. The results defined, for each viscosity, one specific model indicating the best period to stop the introduction of steam and insertion of nitrogen, when the first injected fluid reached its economic limit. Simulations in physics model defined from one-eighth nine-spot inverted were realized using the commercial simulator Steam, Thermal and Advanced Processes Reservoir Simulator STARS of Computer Modelling Group CMG

Implementação de um Módulo de Supervisão para um Sistema de Detecção de Vazamentos em Dutos de Petróleo

The transport of fluids through pipes is used in the oil industry, being the pipelines an important link in the logistics flow of fluids. However, the pipelines suffer deterioration in their walls caused by several factors which may cause loss of fluids to the environment, justifying the investment in techniques and methods of leak detection to minimize fluid loss and environmental damage. This work presents the development of a supervisory module in order to inform to the operator the leakage in the pipeline monitored in the shortest time possible, in order that the operator log procedure that entails the end of the leak. This module is a component of a system designed to detect leaks in oil pipelines using sonic technology, wavelets and neural networks. The plant used in the development and testing of the module presented here was the system of tanks of LAMP, and its LAN, as monitoring network. The proposal consists of, basically, two stages. Initially, assess the performance of the communication infrastructure of the supervisory module. Later, simulate leaks so that the DSP sends information to the supervisory performs the calculation of the location of leaks and indicate to which sensor the leak is closer, and using the system of tanks of LAMP, capture the pressure in the pipeline monitored by piezoresistive sensors, this information being processed by the DSP and sent to the supervisory to be presented to the user in real time

Processamento Inteligente de Sinais de Pressão e Temperatura Adquiridos Através de Sensores Permanentes em Poços de Petróleo

Originally aimed at operational objectives, the continuous measurement of well bottomhole pressure and temperature, recorded by permanent downhole gauges (PDG), finds vast applicability in reservoir management. It contributes for the monitoring of well performance and makes it possible to estimate reservoir parameters on the long term. However, notwithstanding its unquestionable value, data from PDG is characterized by a large noise content. Moreover, the presence of outliers within valid signal measurements seems to be a major problem as well. In this work, the initial treatment of PDG signals is addressed, based on curve smoothing, self-organizing maps and the discrete wavelet transform. Additionally, a system based on the coupling of fuzzy clustering with feed-forward neural networks is proposed for transient detection. The obtained results were considered quite satisfactory for offshore wells and matched real requisites for utilization

Nova técnica para obtenção de fraturas com altíssima condutividade em poços de petróleo

Increase hydrocarbons production is the main goal of the oilwell industry worldwide. Hydraulic fracturing is often applied to achieve this goal due to a combination of attractive aspects including easiness and low operational costs associated with fast and highly economical response. Conventional fracturing usually involves high-flowing high-pressure pumping of a viscous fluid responsible for opening the fracture in the hydrocarbon producing rock. The thickness of the fracture should be enough to assure the penetration of the particles of a solid proppant into the rock. The proppant is driven into the target formation by a carrier fluid. After pumping, all fluids are filtered through the faces of the fracture and penetrate the rock. The proppant remains in the fracture holding it open and assuring high hydraulic conductivity. The present study proposes a different approach for hydraulic fracturing. Fractures with infinity conductivity are formed and used to further improve the production of highly permeable formations as well as to produce long fractures in naturally fractured formations. Naturally open fractures with infinite conductivity are usually encountered. They can be observed in rock outcrops and core plugs, or noticed by the total loss of circulation during drilling (even with low density fluids), image profiles, pumping tests (Mini-Frac and Mini Fall Off), and injection tests below fracturing pressure, whose flow is higher than expected for radial Darcian ones. Naturally occurring fractures are kept open by randomly shaped and placed supporting points, able to hold the faces of the fracture separate even under typical closing pressures. The approach presented herein generates infinite conductivity canal held open by artificially created parallel supporting areas positioned both horizontally and vertically. The size of these areas is designed to hold the permeable zones open supported by the impermeable areas. The England & Green equation was used to theoretically prove that the fracture can be held open by such artificially created set of horizontal parallel supporting areas. To assess the benefits of fractures characterized by infinite conductivity, an overall comparison with finite conductivity fractures was carried out using a series of parameters including fracture pressure loss and dimensionless conductivity as a function of flow production, FOI folds of increase, flow production and cumulative production as a function of time, and finally plots of net present value and productivity index