[pt] A performance de protocolos geralmente empregados na caracterização reológica de pastas de cimento é investigada. Para este fim duas pastas de cimento foram utilizadas, Pasta A e Pasta B, com a mesma densidade e razão água-cimento, diferindo quanto aos aditivos empregados. O procedimento API (American Petroleum Institute), tal qual, sua modificação é estudada. Curvas de escoamento são determinadas com o auxílio de um reômetro rotacional através de três diferentes métodos (ramp up/ramp down, ramp down e viscosidade mínima). O procedimento API gerou curvas de escoamento que superestimaram (Pasta A) ou subestimaram (Pasta B) a viscosidade dentro da faixa de cisalhamento estudada. Os desvios tornam-se particulamente maiores em baixas taxas, e para Pasta B, por causa de efeitos tixotrópicos, o regime permanente não é atingido. A modificação do protocolo API investigada resultou em curvas de escoamento similares ao método de viscosidade mínima. Um novo modelo constitutivo fenomenológico irreversível é proposto para descrição reológica de pastas de cimento (voltadas para poços de petróleo) sob escoamento de cisalhamento simples. Para esse objetivo uma série de experimentos foram realizados, como taxa de deformação constante, construção e destruição da microestrutura. O modelo proposto utiliza a própria fluidez, recíproca da viscosidade, para descrever a evolução da estrutura da pasta. O efeito macroscópico do fenômeno de hidratação na reologia é introduzido por meio de uma função exponencial para tensão limite de escoamento. Todos os dez parâmetros necessários no modelo são experimentalmente obtíveis. Os resultados mostraram boa concordância entre os dados experimentais e a modelagem, embora pequenas diferenças tenham sido observadas para taxas de deformação abaixo de 7,1 s(−1). / [en] The performance of reological protocols usually employed for the rheological characterization of oil well cement slurries is investigated. To this end two cement slurries were employed, namely Paste A and Paste B. The API procedure is addressed and a modification to it is investigated. Flow curves are determined with the aid of a rotational rheometer using three different methods (ramp up/down, ramp down, and minimum-viscosity). The API procedure yielded flow curves that significantly overestimate (Paste A) or underestimate (Paste B) the viscosity throughout the whole range of shear rate. The deviations become particularly dramatic in the low end of this range and for Paste B, clearly because the steady state is not attained due to a thixotropic behavior. The investigated modification to the API procedure resulted in flow curves similar to the ones based on the minimum-viscosity method. A novel irrevesible phenomenological constitutive model is proposed to describe oil well cement slurry rheology under simple shear flow. To this end several rheological experiments were conducted, namely constant shear rate, construction and microstructural destruction experiment. The proposed model employ the fluidity itself, reciprocal of viscosity, to describe the paste s structure evolution. The macroscopical rheological effect of hydration phenomena is introduced in the model by means of a yield stress exponential function. All ten parameters needed in the model are experimentally obtainable. The present results have shown a good agreement between experimental data and modeling, albeit minor differences were observed for low shear rates below 7.1 s(−1).

[pt] Este trabalho pretende desenvolver uma metodologia para valorar variáveis ambientais a partir da teoria das opções reais. Na tentativa de atribuir um valor monetário às variáveis do meio ambiente, diversos métodos têm sido propostos no campo de análise das ciências econômicas. No entanto, atribuir um valor econômico para o ativo ambiental não tem sido uma tarefa simples, pois envolve uma gama de conceitos multidisciplinares. Existem vários métodos para a avaliação dos recursos ambientais e três destes aparecem recorrentemente na literatura. São eles : Métodos do Custo da Viagem (MCV), Método dos Preços Hedônicos (MPH) e Método de Valoração Contingente (MVC). Estas três técnicas se fundamentam essencialmente nas preferências dos consumidores, o que aumenta a subjetividade presente no valor calculado pelas mesmas. Além disso, alguns aspectos importantes envolvidos na valoração do ambiente, como o valor de quasi-opção e o valor de existência, são simplesmente desconsiderados ou ficam completamente implícitos, como no caso do MCV. Desta forma, a totalidade da valoração econômica do meio ambiente não é atacada. Esta pesquisa se propôs a desenvolver uma metodologia de avaliação dos recursos naturais utilizando uma abordagem pela teoria de opções reais e de seus conceitos inerentes. No propósito de desenvolver uma nova metodologia de avaliação dos recursos naturais, o problema da valoração foi inserido no contexto de um estudo de caso referente ao setor elétrico brasileiro. O sistema elétrico do Brasil opera assumindo as restrições hidráulicas de maneira rígida e a violação destas restrições implica em danos ao meio ambiente. As restrições hidráulicas limitam a autonomia de decisão do uso da água para a geração de energia elétrica por questões legais e institucionais. Porém, em momentos críticos, como em períodos de secas, é preciso cogitar a possibilidade de relaxar os limites estabelecidos para as restrições. Isso pode implicar em incorrer em custos que, em geral, são desconhecidos. A violação dos limites rígidos das restrições envolve um conjunto de aspectos que podem ser de natureza social, econômica, política e ambiental. A fim de desenvolver a metodologia proposta, este estudo irá focar prioritariamente nas questões econômico-ambientais associadas à violação das restrições associadas ao aproveitamento hidrelétrico do rio São Francisco na localidade do estado da Bahia. Contudo, em trabalhos futuros, o método poderá ser estendido para abranger os demais aspectos mencionados. Entre as principais contribuições desta pesquisa estão a inclusão do valor futuro do meio ambiente na definição do seu valor presente. Isto é feito levando em conta as incertezas existentes nas parcelas que compõem o valor total do meio ambiente. Além disso, o trabalho propõem uma forma de calcular explicitamente as parcelas do valor de existência, do valor de quasi opção e o valor de uso indireto dos bens ambientais. Sob a ótica do setor elétrico, esta pesquisa apresenta um formato para operacionalizar a análise custo-benefício da violação (ou não) de certas restrições em situações específicas. Para o estudo de caso analisado constatou-se que não seria ótimo flexibilizar as restrições hidráulicas a partir dos dados que foram considerados. / [en] This thesis intends to develop a methodology for valuing environmental variables by applying the real options theory. In the attempt to assign a monetary value to environmental variables, several methods have been proposed in the field of economic sciences. However, assigning an economic value to an environmental asset has not been an easy task as it involves a multidisciplinary range of concepts. There are several methods for evaluating environmental resources and among them there are three which appear repeatedly in the literature, such as: Travel Cost Method (TCM), Hedonic Price Method (HPM) and Contingent Valuation Method (CVM). These three techniques are primarily based on consumer preferences, which increase the subjectivity in calculating the respective values. Furthermore, some important aspects involved in the environmental valuation, such as the quasioption value and the existence value, are simply ignored or completely implicit, as in the case of the TCM. Hence, some aspects of the totality of the environmental economic valuation are not taken into consideration. The purpose of this research was to develop a methodology for assessing natural resources using the real options theory approach as well as its inherent concepts. In order to develop a new methodology for assessing natural resources, the problem of valuation has been placed in the context of a case study related to the Brazilian electricity sector. The Brazilian electrical system addresses the hydraulic constraints in a strict way and the violation of these restrictions results in damage to the environment. Due to legal and institutional issues, the hydraulic constraints limit the autonomy of decision regarding the use of water to generate electric power. However, at critical moments, as in periods of drought, it is necessary to contemplate the possibility of making the limits to these restrictions more flexible. This may incur costs that are generally unknown. The violation of these rigorous limits involves a series of aspects that may be of social, economic, political and environmental nature. In order to develop the proposed methodology, this study will focus primarily on economic and environmental issues associated with the violation of the restrictions related to the hydroelectric efficiency of the Sao Francisco River, located in the state of Bahia. Nevertheless, in future studies, the method can be extended to comprise the other mentioned aspects. Among other relevant contributions of this research, it is important to mention the inclusion of future value of the environment when defining its present value. This is achieved by taking into consideration the uncertainties that are present in the parts that constitute the total value of the environment. In addition, this study proposes an approach to explicitly calculate the parts of the existence value, the quasi-option value and the indirect use value of environmental assets. From the perspective of the electricity sector, this research presents a format for operationalizing the cost-benefit analysis of the violation (or non-violation) of certain restrictions in specific situations. For the case study analyzed, it was verified, from the data considered, that making the hydraulic restrictions more flexible would not be an optimal alternative.

[pt] Durante a gelificação por parafina, a rede de cristais de parafina modifica o comportamento do óleo cru. Ele muda de um material newtoniano de baixa viscosidade para um material com dependência temporal e de alta viscosidade com tensão limite do escoamento. Com isto, é totalmente desafiador descobrir a pressão minima de início do fluxo de petróleo gelificado com uma microestrutura tão complexa. Através da minha dissertação de mestrado, investigamos dois materiais viscoplásticos: um gel de cabelo com uma tixotropia desprezível e uma suspensão aquosa tixotrópica 2 por cento de laponita para imitar o início de fluxo de óleos gelificados. Para ambos os materiais, o gradiente de pressão axial mínimo necessário para o início do fluxo foi medido e os valores medidos estavam de acordo com a previsão do balanço de força convencional. Por outro lado, os casos da indústria exibiram que o balanço de força mencionado acima leva a uma superestimação da pressão mínima inicial. Em alguns estudos, uma explicação elicitada é o comportamento tixotrópico do petróleo gelificado, mas nossos resultados acima mencionados serviram para refutá-lo. Durante a primeira parte da minha tese de doutorado, buscamos verificar por laboratório porque o balanço de força não se aplica ao petróleo gelificado, em seguida, buscamos uma explicação fisicamente adequada para essa discrepância e também uma maneira confiável de prever a pressão mínima de início do escoamento. Nesta linha, mostramos o efeito do encolhimento do petróleo gelificado na discordância entre a tensão limite estática de escoamento e o gradiente de pressão mínimo necessário para iniciar o fluxo, através da reometria e do fluxo de fluido em um tubo. Em seguida, introduzimos uma equação de balanço de força modificada com o efeito de encolhimento incluído para obter o melhor estimação da pressão minima de início de escoamento. Outro elemento essencial sobre o início de escoamento de petróleo gelificado é descobrir uma estratégia confiável para modelar matematicamente a reologia do material. Na maioria dos modelos que visam prever o comportamento reológico de petróleo gelificado, as mudanças da microestrutura durante o fluxo são consideradas tixotrópicas; dependência temporal reversível. Porém, observamos em nossos experimentos com histórias de fluxo e térmicas bem controladas que o caráter irreversível da dependência temporal é bastante evidente. Assim, na segunda parte da tese, propomos um modelo baseado no desenvolvimentos anteriores de Souza Mendes e colaboradores que considera a dependência temporal irreversível observada experimentalmente para petróleo gelificado. A capacidade preditiva do modelo proposto é então avaliada através de comparações com dados experimentais. / [en] Throughout the wax gelation, the network of parafinn crystals modifies the behavior of waxy crude oil. It changes from a low viscosity Newtonian to a high viscosity time-dependent material with yield strength. Now, it is totally challenging to find out the restart pressure for gelled crude oil ow with such a complex microstructure. Through my Master s dissertation, we investigated two viscoplastic materials, namely a hair gel with a negligible thixotropy and a quite thixotropic 2 percent aqueous suspension of Laponite to mimic the startup flow of waxy crude oils. For both materials, the minimum axial pressure gradient required for the onset of flow was measured, and the measured values were in good agreement with the prediction of a conventional force balance. On the other hand, industry cases have exhibited that the just mentioned force balance leads to an overestimation of the minimum startup pressure gradient. In some studies, an elicited explanation is the thixotropic behavior of the gelled crude, but our results above-mentioned served to falsify it. Over the first part of my PhD thesis, we aimed to verify in the laboratory that why the force balance does not hold for gelled crude oil and then we sought a physically proper explanation for this discrepancy and also a reliable way to predict the minimum startup pressure gradient. Along these lines, we show the role of gelled crude oil s shrinkage in the discordance between static yield strength and required minimum pressure gradient to onset the flow, through rheometry and fluid flow in a tube. Then, we introduce a modified force balance equation with the role of shrinkage included to best estimate the minimum restart pressure gradient. Another essential element through the restart flow of gelled waxy crude is to find out a reliable strategy to mathematically model the material s rheology. In most models that aim at predicting the rheological behavior of gelled waxy crude oil, the microstructure changes during ow are assumed to be thixotropic (reversible time dependent). But, we observed in our experiments with well-controlled flow and thermal histories that the irreversible character of time dependence is quite evident. Thus, in the second part of thesis we propose a model based on previous developments by Souza Mendes and co-workers that accounts for the irreversible time dependence observed experimentally in a waxy crude oil. The predictive capability of the proposed model is then assessed via comparisons with experimental data.