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The systems’ properties involving noble gases have helped a lot in the development of modeling techniques and standard grades for experimental studies. The objective of this work was to calculate the lifetime of molecular systems formed by helium, neon, argon, dioxygen, deuterated water, deuterated ammonia and carbon tetrachloride (He - CCl4, Ne - CCl4, Ar - CCl4, O2 - CCl4, D2O - CCl4 and ND3 - CCl4). For this, it was used Slater's theory, which consists in an absolutely dynamic formulation, with a complete vibrational analysis of the complexes. The first rovibrational energy level (E0,0) and the vibration frequency (ωe) used were obtained via Discrete Variable Representation and Dunham methods, respectively. The results obtained by both Lennard-Jones (LJ) and the Improved Lennard-Jones (ILJ) analytical forms show that all systems are stable, and the lifetime calculated from the ILJ is always shorter when compared to the lifetime provided from LJ. The results of this article will help in the understanding of systems involving noble gases, as well as in the understanding of the complicated interactions between water and molecules of biological interest. Las propiedades de los sistemas que involucran gases nobles han ayudado mucho en el desarrollo de técnicas de modelado y valores estándar para estudios experimentales. El objetivo de este trabajo fue calcular el tiempo de vida de sistemas moleculares formados por helio, neón, argón, dioxígeno, agua deuterada, amoníaco deuterado y tetracloruro de carbono (He - CCl4, Ne - CCl4, Ar - CCl4, O2 - CCl4, D2O - CCl4 y ND3 - CCl4). Para ello se utilizó la teoría de Slater, que consiste en una formulación puramente dinámica, con un análisis vibracional completa de los complejos. El primer nivel de energía rovibracional (E0,0) y la frecuencia de vibración (ωe) utilizados se obtuvieron mediante la Representación de Variables Discretas y el método de Dunham, respectivamente. Los resultados obtenidos tanto por la forma analítica de Lennard-Jones (LJ) como por la de Lennard-Jones Mejorada (ILJ) muestran que todos los sistemas son estables y que la vida útil calculada a partir de la ILJ es siempre más breve en comparación con la vida proporcionada por la LJ. Los resultados de este artículo ayudarán en la comprensión de los sistemas que involucran gases nobles, así como en la comprensión de las complicadas interacciones entre el agua y las moléculas de interés biológico. As propriedades de sistemas envolvendo gases nobres têm auxiliado muito no desenvolvimento de técnicas de modelagem e de valores padrão para estudos experimentais. O objetivo desse trabalho foi calcular o tempo de vida dos sistemas moleculares formados pelo hélio, neônio, argônio, dioxigênio, água deuterada, amônia deuterada e o tetracloreto de carbono (He - CCl4, Ne - CCl4, Ar - CCl4, O2 - CCl4, D2O - CCl4 e ND3 - CCl4). Para tanto, usou-se a teoria de Slater que consiste em uma formulação puramente dinâmica, com uma análise vibracional completa dos complexos. O primeiro nível de energia rovibracional (E0,0) e a frequência de vibração (ωe) utilizadas, foram obtidas via método da Representação da variável discreta e Dunham, respectivamente. Os resultados obtidos tanto pela forma analítica Lennard-Jones (LJ) quanto com a Improved Lennard-Jones (ILJ), mostram que todos os sistemas são estáveis e que o tempo de vida calculado a partir da ILJ é sempre menor quando comparado com o tempo de vida fornecido a partir da LJ. Os resultados do presente artigo, auxiliarão na compreensão de sistemas envolvendo os gases nobres, assim como na compreensão das complicadas interações entre a água e moléculas de interesse biológico.

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As máquinas rotativas podem apresentar altos custos de aquisição, instalação e intervenção na produção industrial, especialmente na produção de petróleo em poços submarinos. Esse é o caso do sistema de Bombeio Centrífugo Submerso (BCS), que é o segundo método de elevação artificial de petróleo mais usado no mundo. O sistema BCS é usado para bombear grandes volumes em alta pressão e apresenta custos mais elevados do que métodos alternativos. Uma análise de vibração dessas máquinas é feita para aprovação ou rejeição do equipamento antes da instalação, buscando assim reduzir riscos de perdas financeiras significativas. O processo de análise de vibração para aprovação antes da instalação é feito por comparação das amplitudes estimadas de vibração com limites de vibração estabelecidos em normas padronizadas de severidade de vibração. A estimativa de amplitude de vibração industrial é tipicamente feita mediante a transformada discreta de Fourier (DFT). A DFT tem propriedades amplamente conhecidas que podem causar erros de estimativa que podem ser mitigados por diferentes técnicas para garantir a acurácia da estimativa. Porém, existem pelo menos duas outras fontes de erros que são geralmente desconsideradas e que podem causar incerteza nas estimativas e perdas financeiras. A primeira fonte diz respeito à medição da vibração não ocorrer necessariamente na orientação que apresenta a maior vibração radial. Como a órbita de vibração pode ocorrer em forma elíptica e essa forma pode variar durante a operação, não necessariamente os sensores de vibração instalados estarão orientados para o eixo maior da elipse. A segunda fonte de erros advém do fato das máquinas rotativas estarem sujeitas a pequenas variações de velocidade que podem causar erros de estimação de amplitude devidos à especialização dos métodos de análise em sinais estacionários. Existem técnicas para reduzir ambos os erros de estimativa, no entanto, essas técnicas são complexas e imprecisas para lidar com sinais de vibração com o nível de ruído e variação de velocidade típicos de máquinas rotativas do tipo BCS. Os métodos encontrados atualmente no estado da arte para análise de órbitas de vibração são significativamente diferentes do espectro de frequências de sinal individual e podem ser considerados contraintuitivos. Seus resultados não podem ser comparados diretamente com limites de vibração padronizados para máquinas rotativas. Por outro lado, os métodos encontrados para estimativa acurada de amplitude com variação de frequência: ou são dependentes da instalação de um tacômetro, o que não é viável em instalações de algumas máquinas como a montagem completa de sistemas BCS; ou são dependentes da estimativa da velocidade instantânea, que está sujeita a mais incerteza; ou são imprecisos no nível de ruído e variação de frequência encontrados em sistemas BCS, como foi demonstrado nesta Tese. Esta Tese apresenta uma metodologia de estimativa de amplitude de vibração de máquinas rotativas, invariante à forma da órbita de vibração e robusta a variações de velocidade e presença de ruído. A metodologia envolve a proposição de dois métodos: o Espectro de Semieixo Maior de Órbita para a estimativa de espectro invariante à forma elíptica das órbitas de vibração; e o método EHRS para realizar a estimativa de amplitude de vibração com robustez à presença de ruído e à variação de velocidade, sem depender da frequência instantânea como é necessário em outros métodos. Para demonstrar sua eficiência, a metodologia proposta nesta Tese foi comparada com métodos típicos de estimação de amplitude, sobre sinais de vibração de máquinas rotativas de sistemas de Bombeio Centrífugo Submerso (BCS). Foram realizadas avaliações com sinais simulados e experimentais de órbitas de vibração de sistemas BCS. As análises sobre sinais simulados têm a vantagem de permitir o cálculo do erro de estimação pois o valor da amplitude gerada é conhecido. Por outro lado, nos testes com sinais experimentais não é possível saber a amplitude correta, mas é possível demonstrar que as diferenças de amplitude de vibração entre os métodos avaliados seguem o padrão dos sinais simulados. Os resultados da avaliação de desempenho demonstraram que a metodologia proposta, usando os métodos propostos EHRS e Espectro de Semieixo Maior de Órbita, é invariante à forma da órbita de vibração, tem maior robustez à variação de frequência e à presença de ruído que os demais métodos avaliados, e é recomendada para a análise de amplitude de vibração de máquinas rotativas. This thesis addresses vibration amplitude estimation errors in rotating machines due to the elliptical shape of the vibration orbits and the operating frequency variation and proposes a methodology to reduce these errors. Rotating machines can have high acquisition, installation, and intervention costs in industrial production, especially in oil production in subsea wells. This is the case of the Electrical Submersible Pump system (ESP), the second most used method of artificial lifting of oil in the world. The ESP system is applied to pump large volumes at high pressure and has higher costs than alternative methods. Vibration analysis of these machines is carried out for approval or rejection of the equipment before installation, thus seeking to reduce the risk of significant financial losses. The vibration analysis process for approval before installation is done by comparing the estimated vibration amplitudes with vibration limits established in standardized vibration severity standards. The estimation of industrial vibration amplitude is typically done using the discrete Fourier transform (DFT). The DFT has widely known properties that can lead to estimation errors that can be mitigated by different techniques to ensure the estimate's accuracy. However, at least two other sources of errors are overlooked and can lead to uncertainty in estimates and financial losses. The first source concerns the vibration measurement not necessarily occurring in the orientation that presents the higher radial vibration. As the vibration orbit can occur in an elliptical shape, and this shape can vary during operation, the installed vibration sensors will not necessarily be oriented towards the ellipse's major axis. The second source of errors comes from the fact that rotating machines are subject to minor speed variations that can lead to amplitude estimation errors due to the specialization of the analysis methods in stationary signals. There are techniques to reduce both estimation errors; however, these techniques are complex and imprecise to deal with vibration signals with the noise level and speed variation typical of ESP-type rotating machines. The methods currently found in the state of the art for vibration orbit analysis are significantly different from the individual signal frequency spectrum and can be considered counterintuitive. Their results cannot be directly compared to standard vibration limits for rotating machines. On the other hand, the methods found for accurate estimation of amplitude with frequency variation: either are dependent on the installation of a tachometer, which is not feasible in installations of some machines such as the complete assembly of ESP systems; or are dependent on the instantaneous velocity estimate, which is subject to more uncertainty; or they are imprecise with the noise level and frequency variation found in ESP systems, as demonstrated in this Thesis. This thesis presents a methodology for estimating the vibration amplitude of rotating machines, invariant to the shape of the vibration orbit and robust to variations in speed and presence of noise. The methodology involves the proposition of two methods: the Orbit Semi-major Axis Spectrum for estimating the spectrum invariant to the elliptical shape of the vibration orbits; and the EHRS method to perform the vibration amplitude estimation with robustness to the presence of noise and variation of speed, without depending on the instantaneous frequency as is necessary for other methods. To demonstrate its efficiency, the methodology proposed in this thesis was compared with typical methods of amplitude estimation on vibration signals from rotating machines of ESP systems. Evaluations were performed with simulated and experimental signals of vibration orbits of ESP systems. Analysis of simulated signals can allow the calculation of the estimation error because the generated amplitude value is known. On the other hand, it is impossible to know the correct amplitude in the analysis of experimental signals. However, it is possible to demonstrate that the differences in vibration amplitude between the evaluated methods follow the pattern of the simulated signals. The performance evaluation results showed that the proposed methodology, using the proposed methods EHRS and Orbit Semi-Major Axis Spectrum, is invariant to the shape of the vibration orbit, has greater robustness to frequency variation and the presence of noise than the other methods evaluated, and is recommended for the analysis of vibration amplitude of rotating machines.

Dissertação elaborada para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas O presente trabalho tem como tema principal a avaliação de forças em cabos em tempo real utilizando o método da vibração, assumindo como objetivos, por um lado, a elaboração de uma monografia sobre os métodos existentes para a avaliação de forças em cabos e, por outro lado, contribuir para uma maior eficácia na utilização do método da vibração na medição das forças em cabos. Serão referidas as principais utilizações de cabos em estruturas de engenharia civil, estudada a modelação do seu comportamento e descritos os métodos existentes para a medição de forças instaladas em cabos. Para um melhor enquadramento e uma adequada compreensão do método da vibração serão apresentados os principais conceitos da dinâmica do cabo, bem como diversas abordagens do método da vibração. Posteriormente será descrito o desenvolvimento de um algoritmo em MATLAB para aplicação do método da vibração, permitindo a determinação da força instalada no tirante a partir das frequências de vibração medidas. Serão apresentados três casos de estudo relativos a um sistema de pré-esforço exterior, outroaos tirantes e ainda aos pendurais de uma ponte. Por último é feita uma apreciação dos resultados obtidos e são indicadas algumas perspetivas e desenvolvimentos futuros. Abstract: This work has as main theme the evaluation of forces in cables in using the vibration method. The objectives of this work are, on one hand, a monograph on the existing methodologies to assess the forces in cables, on other hand, contribute to improve the efficiency in the use of vibration method. The main uses of cables in civil engineering structures are presented, as well the modeling of their behaviour. The methods for measurement of forces in cables are described. For a proper understanding of the vibration method, the main concepts of cable dynamics and its various approaches will be presented. An important delivery contribution of this work was a development of a MATLAB algorithm for applying the vibration method allowing the determination of the cable force from the measured accelerations. Three cases studies are presented related with external presstressing cables, involving a cablestayed bridge and tohangers of bridges. Finally, the main conclusions are presented and some future developments are proposed.