Application of the CUDA technology to the solution of fluid dynamics problems

Este trabajo explora el uso de la tecnología CUDA en la solución de problemas relacionados con la dinámica de fluidos. Tres problemas clásicos de diferente nivel de complejidad: convección-difusión en un canal, la cavidad movida por pared y la cavidad movida por diferencia de temperatura, fueron solucionados por el método de las diferencias finitas, usando la CPU (procesador) y la GPU (tarjeta de vídeo) para comparar el desempeño. Algunos aspectos importantes vinculados con la implementación numérica en la GPU son discutidos. Así mismo, los resultados mostraron un importante aumento de la velocidad cuando se usó la GPU

Ultrasonic sensor for the presence of oily contaminants in water

The determination of the complex reflection coefficient of ultrasonic shear-waves at the solid-liquid interface is a technique employed for the measurement of the viscoelastic properties of liquids. An interesting property of the measurement technique is the very small penetration depth of the shear-waves into the liquid sample, which permits measurements with liquid films of some micrometers thick. This property, along with the adhesion of oily substances to surfaces, can be used for the detection of oily contaminants in water. In this work, the employment of the ultrasonic shear-wave reflection technique to the detection of oily contaminants in water is proposed and the theoretical and experimental concepts involved are discussed. Preliminary experimental results show the measurement technique can detect SAE 40 automotive oil in water in volume proportions less than 0.5%

Novas narrativas sociais: as práticas de mídia livre através do audiovisual

Dissertação de mestrado apresentada à Escola Superior de Comunicação Social como parte dos requisitos para obtenção de grau de mestre em Audiovisual e Multimédia.Com a proliferação e popularização dos aparatos móveis de comunicação digital e o avanço dos dispositivos conectados à Internet, a mídia ganhou novos contornos, tanto quantitativos quanto qualitativos. O intenso fluxo de mudanças, em constante curso e evolução, trouxe para as mãos do grande público o material e espaço necessários para ser ativo na transmissão de mensagens na sociedade; em contrapartida, gerou uma perda do controle do conteúdo, excesso de informação disponível e inúmeros novos formatos de transmissão. Este trabalho pretende revisitar a bibliografia da área ao longo das últimas décadas, ressaltando os debates e teorias levantadas de acordo com as principais mudanças na Comunicação Social. As principais características da cada época trarão um contexto macro de manifestações sociais que hoje também apresentam-se no contexto micro. O uso social dos meios de comunicação é o foco e ponto chave para discutir o papel social, efetivo ou potencial, da mídia. Para que o benefício de controlar os meios de produção da informação, bem como aproveitar a liberdade presente no ciberespaço, seja utilizado em prol da sociedade e em favor da democracia. A importância histórica e social do discurso e da narrativa será explicado para comprovar a importância do debate sobre a mídia livre, assim como as suas principais características e práticas, ilustradas através do objeto de estudo, o coletivo Mídia NINJA.ABSTRACT: With the proliferation and popularization of mobile digital communication devices and the advancement of devices connected to the Internet, the media has gained new contours, both quantitative and qualitative. The intense flow of change, in constant progress and evolution, has brought into the hands of the general public the material and space necessary to be active in the transmission of messages in society; on the other hand, generated a loss of control of the content, excessive information available and numerous new transmission formats. This work intends to revisit the bibliography of the area over the last decades, highlighting the debates and theories raised according to the main changes in social communication. The main characteristics of each period will bring a macro context of social manifestations that today also present themselves in the micro context. The social use of the media is the focus and key point to discuss the social role, effective or potential, of the media. So that the benefit of controlling the means of information production, as well as taking advantage of the freedom present in cyberspace, be used for the benefit of society and for democracy. The historical and social importance of discourse and narrative will be explained to prove the importance of the debate about free media, as well as its main characteristics and practices, illustrated through the object of study, the collective Mídia NINJA.N/

Optimización topológica aplicada al diseño de componentes estructurales mecánicos de peso reducido

En este trabajo se presenta una implementación de la técnica de optimización topológica (OT) aplicada al diseño de elementos estructurales mecánicos de peso reducido. La OT es un método numérico que ha captado el interés de ingenieros y científicos en los últimos años, pues permite la síntesis de estructuras con valores óptimos de uno o varios de sus parámetros físicos. El problema de máxima rigidez con restricción de volumen consiste en encontrar la distribución de material en un dominio donde se tenga dicha máxima rigidez, para determinada carga aplicada, restringiendo el volumen final del material usado en la estructura. Fue implementado un algoritmo de solución usando elementos finitos planos de cuatro nodos e interpolación lineal para la discretización del dominio y programación lineal secuencial para la solución del problema de optimización no lineal y multivariado. La validez de los resultados fue comprobada solucionando algunos casos test bien conocidos. Finalmente, el algoritmo se usó para rediseñar una pieza mecánica existente, donde la OT permitió una reducción de peso del 24 % manteniendo un factor de seguridad comparable. La reducción de peso en estructuras mecánicas es importante por su impacto en el ahorro de energía al reducir la inercia en máquinas y vehículos, además de la posible reducción de costos de fabricación

Ultrasonic measurement of the viscoelastic properties of liquids.

A medição das propriedades viscoelásticas de líquidos por ultrassom tem sido um tema de pesquisa importante desde meados do século XX, principalmente, pela possibilidade de realizar medições em tempo real da viscosidade. O método de medição baseia-se na determinação do coeficiente de reflexão complexo (magnitude e fase) de ondas de cisalhamento refletidas da interface definida entre um sólido e uma amostra líquida. Enquanto a medição da magnitude é relativamente simples e precisa, a medição da fase é muito difícil devido à forte dependência da temperatura, que gera uma incerteza muito grande. No entanto, na medição da viscosidade em regime newtoniano somente a magnitude é requerida. Ocorre que os resultados experimentais reportados até o momento na literatura não coincidem quantitativamente com a teoria. Neste trabalho, uma nova técnica que permite determinar com boa precisão a magnitude do coeficiente de reflexão e, por conseguinte, a viscosidade de líquidos em regime newtoniano foi desenvolvida. Foi mostrado que a maioria dos líquidos testados apresentam comportamento newtoniano à frequência de trabalho de 1MHz, com exceção de alguns óleos automotivos de alta viscosidade, que possuem claramente comportamento viscoelástico. Desvios menores que 12,5% nas medições da viscosidade dinâmica de substâncias com moléculas relativamente simples, como glicerina e glicose, mostram a viabilidade da técnica. Também é proposto um novo método que permite calibrar o dispositivo de medição para monitorar a viscosidade de um líquido ou grupo de líquidos. Além disso, uma aplicação na monitoração da contaminação da água por substâncias oleosas é apresentada.The ultrasonic measurement of viscoelastic properties of liquids has been an important research topic since the mid-twentieth century mainly due to the possibility of real-time viscosity measurements. The measurement technique is based on the determination of the complex reflection coefficient (magnitude and phase) of shear waves reflected from the solid-liquid interface. While magnitude measurement is relatively simple and precise, phase measurement is a difficult task due to strong temperature dependence that induces large errors. However, when the measurement is carried out under Newtonian regimen only the magnitude is required. Nonetheless, experimental results reported in literature until now do not agree quantitatively with the theory. In this work, it was developed a novel technique that accurately and precisely determines the reflection coefficient magnitude and, consequently, the Newtonian viscosity. Most tested liquids showed Newtonian behavior at the working frequency of 1 MHz except for some automotive oils of high viscosity, which showed an evident viscoelastic behavior. Deviations up to 12.5% in the dynamic viscosity measurement of substances with relatively simple molecules, such as glycerin and corn syrup, show the technique suitability. A calibration method of the measurement cell allowing the indirect viscosity measurement of a liquid or group of liquids is proposed. Moreover, a new application to oil-in-water contamination monitoring is presented

Reflexión sobre las estrategias de evaluación aplicadas en cinco años de docencia en Ingeniería Mecánica

En este trabajo se hace un análisis de los instrumentos de evaluación aplicados y su evolución durante cinco años como profesor de Ingeniería Mecánica. Se muestra cómo la naturaleza de los temas de estudio, con fuerte contenido físico-matemático, influye en los instrumentos escogidos: pruebas escritas, proyectos y talleres. Se discute por qué las pruebas escritas siguen siendo la opción más frecuente. Finalmente, se hacen recomendaciones sobre la aplicación adecuada de estos instrumentos de evaluaciónThis paper presents an analysis of applied evaluation instruments and their evolution over five years as a professor of mechanical engineering. The paper shows how the nature of the study subjects, with strong physical-mathematical conten! influences the chosen instruments: written tests, projects and workshops. We discuss why the written tests remain as the most frequent choice. Finally, recommendations on the appropriate application of these assessment tools are mad

Ultrasonic measurement of viscosity: Signal processing methodologies

This work deals with two alternative methodologies for data post-processing resulting from the ultrasonic shear-wave reflectance method used for liquid viscosity measurement. In the shear-wave reflectance method, the measurement principle is the small transference of energy to the liquid when the wave strikes a solid–liquid interface, causing a detectable change in the reflection coefficient. A measurement cell that uses mode conversion for the generation of the shear waves was employed and samples of five different substances were tested, covering a viscosity range of three orders of magnitude. Ultrasonic results were compared to the values obtained by conventional viscometry. Despite the wide range of viscosity and the different nature of the liquids, Newtonian behavior was observed with all samples at the working frequencies. This can be concluded from the coincidence between the values obtained by ultrasound and by the rotational viscometer. However, the viscosity values show an oscillating behavior when calculated for different frequencies along the band of the transducer. This oscillating behavior induces big errors when the viscosity is calculated at a single frequency, forcing the development of alternative methodologies. Two methodologies that calculate the reflection coefficient in a frequency band instead of a single frequency were analyzed, showing more accuracy and precisio

Efecto de las burbujas de aire sobre la velocidad de propagación y el espectro de Fourier de ondas ultrasónicas en un flujo bifásico

En este trabajo se analizan los espectros de atenuación y velocidad de ondas ultrasónicas en una columna de agua. La finalidad es evaluar el potencial del ultrasonido para monitorizar la cantidad y el tamaño de las burbujas en flujos bifásicos agua-aire. Esta aplicación es de interés para varias industrias, siendo algunas la petrolera y la de alimentos. Se implementó la técnica pulso-eco con un transductor de banda ancha con frecuencia central de 0,5 MHz. También se desarrolló una metodologı́a para cuantificar la cantidad de burbujas basada en procesamiento digital de imágenes. Fueron analizados el efecto del promediado de las señales y la variación de los espectros de atenuación y velocidad on la cantidad de burbujas.In this work, the attenuation and velocity spectra of ultrasonic waves in a water column are analyzed. The purpose is to evaluate the potential of ultrasound to monitor the amount and size of bubbles in twophase water-air ows. This application is interesting for several industries, such as the petroleum and food ones. The pulse-echo technique was implemented using a broadband transducer with a central frequency of 0;5 MHz. A methodology based on digital image processing was also developed to quantify the amount of bubbles. The e ect of the averaging of the signals and the variation of the attenuation and velocity spectra due to the amount of bubbles were analyze

Acoustic beam modeling of ultrasonic transducers and arrays using the impulse response and the discrete representation methods

La respuesta al impulso del potencial de velocidad y los métodos de representación discreta se utilizaron para modelar el campo acústico irradiado por transductores y matrices ultrasónicos. El primer método se ocupa del cálculo de la respuesta exacta al impulso, en el que las soluciones solo son posibles para geometrías simples, como el pistón circular. El segundo método es una solución aproximada basada en la discretización de la apertura acústica en pequeñas áreas elementales, cada una de las cuales irradia una onda esférica. Mediante el uso de transductores circulares, que pueden considerarse pistones circulares, se llevaron a cabo muchas simulaciones comparando los métodos. Se analizó la relación entre el costo computacional y la precisión, estableciendo así los niveles de discretización temporal y espacial. Las simulaciones se realizaron utilizando el software Matlab y los resultados se compararon con mediciones experimentales que mostraban una buena concordancia. Los resultados experimentales se obtuvieron mediante un sistema de escaneo. Se midió el campo acústico irradiado por un transductor circular de 1 MHz, así como una matriz de 3,5 MHz de 16 elementos sumergidos en agua. El campo acústico irradiado por el arreglo fue simulado y medido con focalización en un radio de 30 mm con deflexiones de 0º y 20º.The impulse response of the velocity potential and the discrete representation methods were used in order to model the acoustic field radiated by ultrasonic transducers and arrays. The first method deals with the calculation of the exact impulse response, in which solutions are possible only for simple geometries, such as the circular piston. The second method is an approximated solution based on the discretization of the acoustic aperture in small elementary areas, each of them radiating a spherical wave. By using circular transducers, which can be considered circular pistons, many simulations comparing the methods were carried out. The relation between the computational cost and the precision was analyzed, thus establishing the time and space discretization levels. The simulations were made using the Matlab software and the results were compared to experimental measurements showing good agreement. The experimental results were obtained using a scanning system. The acoustic field radiated from a 1 MHz circular transducer was measured as well as a 3.5 MHz array of 16 elements both immersed in water. The acoustic field radiated by the array was simulated and measured with focalization on a radius of 30 mm with deflections of 0º and 20