[pt] O teste de injetividade é um procedimento que tem por objetivo extrair informações sobre um reservatório de petróleo a partir da injeção de um fluido (usualmente, água) no reservatório. Com base na resposta de pressão medida durante o tempo de teste, pode-se inferir uma série de características acerca do reservatório, tais como permeabilidade equivalente, condição de fronteira do reservatório e volume de óleo recuperável. O teste de injetividade é dividido em dois períodos: um de fluxo, durante o qual ocorre a injeção de água no reservatório; e o segundo de falloff, no qual o poço é fechado e o fluxo ao longo do reservatório cessa. Os modelos analíticos hoje existentes são capazes de descrever bem tanto o período de injeção quanto o de falloff apenas para reservatórios com uma camada. Nos reservatórios com múltiplas camadas, somente o período de injeção tem uma formulação conhecida. Portanto, esse trabalho tem como objetivo propor uma solução analítica para o período de falloff em reservatórios com múltiplas camadas. A precisão da solução proposta foi avaliada a partir da comparação com um simulador numérico de fluxo para uma série de casos. Os resultados mostraram boa concordância entre os dados numéricos e o modelo proposto. Além disso, os dados do falloff obtidos com a solução analítica foram usados para estimar a permeabilidade equivalente do reservatório. Os valores encontrados apresentaram precisão satisfatória para todos os casos. / [en] The injectivity test is a procedure used to collect information over a petroleum reservoir by injecting a fluid (commonly, water) into the reservoir. According to the pressure response measured during the test, several reservoir features might be inferred, such as equivalent permeability, outer boundary condition and recoverable oil volume. Injectivity test consists of two different stages: the flow period and the falloff period. During the former, occurs the water injection into the rock formation. The latter stage is marked by the well shut-in and, hence, a zero-flow pulse propagates along the reservoir. Over the past years, accomplishments have been made regarding the pressure behavior in multilayer reservoirs under single-phase flow and injectivity tests in single-layer reservoirs. However, an analytical solution for pressure behavior in multilayer reservoirs is well known just during the flow period. Therefore, this work attempts to develop an analytical model for the falloff period in multilayer reservoirs. The accuracy of the proposed solution was assessed by comparison with a finite difference flow simulator. Results showed a close agreement between the analytical model and numerical data. Moreover, falloff data obtained by the analytical solution was used to estimate the reservoir equivalent permeability. Calculated values presented a satisfactory accuracy for all cases.

[pt] Um dos grandes desafios da computação gráfica é conseguir representar ambientes virtuais que assemelham-se aos ambientes reais observados pelos seres humanos em seu dia-a-dia. A fim de alcançar essa representação, diversos estudos foram realizados na área de renderização fotorealística e, principalmente, na que diz respeito à modelagem física e representação de fenômenos naturais. Esse estudo propõe explicar e analisar técnicas que representam o fenômeno de dispersão atmosférica; responsável por definir a cor da atmosfera/céu. Para alcançar esse objetivo, serão apresentadas duas técnicas: uma técnica baseada em um modelo físico e outra baseada em um modelo analítico e de aproximações. Esse estudo apresenta os detalhes de cada uma das técnicas e apresenta um comparativo para auxiliar na escolha da técnica de acordo com a necessidade e os requisitos da aplicação que irá representar o fenômeno de dispersão atmosférica. / [en] One of the greatest challenges of computer graphics is to represent virtual environments that resemble real environments observed by humans in their day-to-day. In order to achieve this representation, several studies have been conducted in the area of photorealistic rendering, and especially in regards to physical modelling and representation of natural phenomena. This study aims to explain and analyze techniques that represent the phenomenon of atmospheric scattering; responsible for setting the color of atmosphere/sky. To achieve this goal, two techniques are presented: one based on a physical model and the other based on an analytical model and approximations. This study presents the details of each technique and a comparative to help in choosing the technique according to the need and requirements of the application that will represent the phenomenon of atmospheric scattering.

[pt] Existe uma crescente necessidade em transferir energia e comunicar dados entre dispositivos através de paredes metálicas de forma não intrusiva. Os meios de comunicação tradicionais para este fim, em sua maioria, baseiam-se essencialmente no uso de condutores elétricos ou ondas eletromagnéticas. O primeiro necessita de algum mecanismo de penetração e o segundo, apesar de não intrusivo, torna-se limitado devido ao efeito de blindagem de Faraday. Uma alternativa é encontrada no uso de ondas acústicas para transferir os dados e energia através de paredes metálicas. Recentemente, grande esforço tem sido empregado nesse tipo de comunicação, todavia há ainda carência de trabalhos que tratem do canal acústico na presença de multicamadas além de resultados experimentais com paredes metálicas curvas. Possíveis aplicações nestes contextos são encontrados no monitoramento de vasos de pressão com fluido no seu interior ou até mesmo de tubulações metálicas transportando líquidos. A presente dissertação avalia, de forma analítica, numérica e experimental, a transmissão de energia e a comunicação através de um canal acústico composto por camadas metal-líquido-metal com paredes curvilíneas. Para tal, inicialmente, são analisados e comparados dois modelos, existentes na literatura, fundamentados na propagação de ondas ultrassônicas, um analítico e outro numérico, ambos baseados em analogias acustoelétricas. Os dois modelos são estendidos permitindo a inclusão de múltiplas camadas de diferentes materiais. A avaliação da eficiência de energia e a capacidade de transferência de dados é feita com base nos modelos e validada experimentalmente utilizando uma placa reta de alumínio e um par de transdutores piezoelétricos axialmente alinhados e acoplados ao mesmo. Um circuito elétrico é desenvolvido para a transmissão de energia entre as duas faces da placa e para a comunicação de dados digitais por meio de modulação do tipo ASK. O circuito é então simulado utilizando-se um software de simulação de circuitos elétricos, PUC-Rio - Certificação Digital N. 1521906/CA projetado e montado com placas de circuito impresso. Em seguida, é realizado um segundo experimento utilizando uma seção curva metálica com uma camada intermediária de água como canal acústico . Nesse, são estudadas as transferências de energia e dados utilizando o circuito elétrico desenvolvido o qual é conectado a um par de transdutores piezoelétricos acoplados ao canal acústico. Resultados do experimento na placa reta de alumínio revelam boa consonância entre os modelos e o experimento, tanto por uma análise em frequência quanto no domínio do tempo. Tendo sido o modelo analítico o que melhor representa o fenômeno físico em questão devido ao maior rigor no tratamento do mecanismo de perdas. Para o segundo experimento, resultados comprovam a possibilidade de comunicação através de múltiplas camadas metálicas e líquidas em paredes curvas, mostrando que o sistema é capaz de transmitir dados de um sensor de temperatura e pressão a uma taxa de 9600 bps. Tanto o sensor quanto os seus circuitos periféricos são integralmente alimentados pela energia que atravessa o canal acústico, num total de aproximadamente 140 mW. / [en] Nonintrusive power transfer and data communication between devices through metallic walls is an increasing need in several sensing systems. 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, liquidmetal 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 PUC-Rio - Certificação Digital No 1521906/CA 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.

[pt] O teste de injetividade consiste em injetar uma fase, usualmente água, em um reservatório de óleo para coletar informações sobre ele. Conhecer os parâmetros do reservatório pode ser valioso para melhorar a produção de óleo. Muitos estudos têm sido apresentados a respeito do comportamento da pressão em reservatórios multicamadas sob escoamento de fluxo monofásico e, também, durante os testes de injetividade. No entanto, uma solução analítica para o comportamento da pressão em reservatórios de múltiplas camadas durante os testes de injetividade é bem conhecida apenas quando o fluxo cruzado de formação não é considerado. Portanto, o presente trabalho apresenta um modelo analítico no espaço de Laplace para reservatórios radialmente compostos multicamadas considerando o fluxo cruzado de formação sob fluxo monofásico e, então, para reservatórios multicamadas com fluxo cruzado de formação sob fluxo bifásico. A precisão da solução proposta foi verificada através da comparação com um simulador numérico de fluxo. Os resultados fornecidos pelo modelo analítico e pelos dados numéricos foram consistentemente semelhantes. Além disso, os dados obtidos pela solução analítica foram utilizados para estimar a permeabilidade equivalente do reservatório. Os valores calculados apresentaram uma aproximação satisfatória para todos os casos. / [en] The injectivity test consists of injecting a phase, usually water, into an oil reservoir in order to collect information about it. Knowing these reservoir s parameters can be valuable in order to improve oil production. Many studies have been presented regarding the behavior of pressure in multilayered reservoirs under single phase fluid flow and, also, during injectivity tests. However, an analytical solution for pressure behavior in multilayered reservoirs during injectivity tests is well known only when the formation crossflow is not considered. Therefore, the present work attempts to develop an analytical model in the Laplace space for multilayered radially composite reservoirs with formation crossflow under single phase fluid flow, and then, for multilayered reservoirs with formation crossflow under two phase fluid flow. The accuracy of the proposed solution was verified by comparison with a finite difference flow simulator. The results provided by the analytical model and by the numerical data were consistently similar. Furthermore, the data obtained by the analytical solution was used to estimate the reservoir s equivalent permeability. Calculated values presented a satisfactory accuracy for all cases.

[pt] A presente tese de doutorado tem como origem o projeto de pesquisa Aneel PD-0394-1905/2019, realizado a partir de uma colaboração entre Furnas e PUC-Rio. A principal meta desse grande projeto de pesquisa está no desenvolvimento do concreto reforçado com fibras visando sua aplicação em elementos estruturais que estão submetidos à fadiga na flexão ao longo de toda sua vida útil, como torres eólicas, pavimentos e elementos de pontes. Dessa maneira, ao longo de todo essa tese doutorado, a degradação mecânica do concreto reforçado com fibras sob fadiga é analisada em detalhe desde a escala da fibra em ensaios de arrancamento até a escala estrutural através de testes mecânicos de fadiga em larga escala. A primeira etapa desse estudo traz uma análise do comportamento à fadiga do concreto reforçado com fibras. A vida à fadiga desse material é estudada através de diferentes modelos estatísticos, que garantem avaliar a falha do material baseada em uma probabilidade falha. Já os ensaios de fadiga no arrancamento ajudam a explicar na escala interface fibra-matriz como ocorre a ruptura dos prismas sob carregamentos cíclicos. Uma segunda fase desse trabalho mostra a degradação mecânica de vigas armadas sob fadiga e o impacto da adição de fibras nos principais parâmetros de interesse. A adição do reforço fibroso é responsável por causar uma redistribuição de tensões na zona tracionada do elemento estrutural, diminuindo as deformações da armadura longitudinal e amenizando a degradação mecânica do concreto armado em termos de curvatura, deslocamento e rigidez. Além disso, a adição de fibras também é responsável por incrementar significativamente a aderência da barra de aço ao redor da matriz de concreto. Fator chave para explicar a melhora da resposta mecânica da estrutura sob fadiga e estudada nessa tese de doutorado através dos ensaios de arrancamento da barra aço. Por fim, uma nova solução analítica foi desenvolvida para avaliar a degradação mecânica dos prismas de concreto reforçado com fibras sob fadiga. As curvas analíticas propostas se adequaram de forma bem sucedida os resultados experimentais analisados nesse trabalho. A adição de fibras apresentou grande potencial visando uma diminuição da degradação mecânica das estruturas de concreto armado submetidas a carregamentos cíclicos. A redistribuição de tensões na zona tracionada devido às fibras promove uma maior rigidez da estrutura sob fadiga, uma melhora da aderência da armadura e uma maior capacidade de resistir aos ciclos de fadiga ao longo do tempo. Esse ganho mecânico com o reforço fibroso, portanto, pode garantir maior vida útil das estruturas em concreto armado. / [en] This doctoral thesis originates from the research project Aneel PD-0394- 1905/2019, carried out through a collaboration between Furnas and PUC-Rio. The main objective of this extensive research project is the development of fiber reinforced concrete for distinct structural application which are subjected to continuous flexural fatigue loading along their useful life, such wind tower endeavors, concrete pavements and bridge elements. The addition of fibers in the concrete mix has the potential to mitigate the mechanical deterioration along the continuous load cycles, enhancing, as a consequence, the durability and the fatigue life of the cited concrete structural elements. Throughout this doctoral thesis, the mechanical degradation of fiber reinforced concrete under fatigue is carefully analyzed, starting from the fiber scale with pull-out tests and going up to the structural scale through large-scale fatigue mechanical tests. The first stage of this study involves an analysis of the mechanical behavior of fiber reinforced concrete under fatigue loading. The material fatigue life is examined using different statistical models, which allow evaluating material failure based on a failure probability. Fatigue pull-out tests help explain, at the fiber-matrix interface scale, how the prisms rupture under cyclic loading. A second phase of this work demonstrates the mechanical degradation of reinforced structural beams under fatigue and the impact of fiber addition on key concerned parameters. The addition of fiber reinforcement causes a redistribution of stresses in the tension zone of the structural element, reducing the deformations of the longitudinal rebar and mitigating the mechanical degradation of reinforced concrete in terms of curvature, displacement and stiffness. Furthermore, fiber addition significantly improves the bond between the steel bar and the surrounding concrete matrix, a key factor in explaining the enhanced mechanical response of the structure under fatigue, as studied in this doctoral thesis through rebar pull-out tests. Finally, a new analytical solution was developed to assess the mechanical degradation of fiber reinforced concrete prisms under fatigue loads. The proposed analytical curves successfully fit the experimental results analyzed in this work. The addition of fibers showed great potential in reducing the mechanical degradation of reinforced concrete structures subjected to cyclic loading. The stress redistribution in the tension zone, caused by the fibers, promotes greater stiffness of the structure under fatigue, improves the bond with the reinforcement and enhances the ability to withstand fatigue cycles over time. Therefore, the observed enhancement of mechanical properties through fiber reinforcement can ensure a longer service life for reinforced concrete structures.