[pt] No presente trabalho, uma análise da distribuição de densidades em corpos esféricos de grandes dimensões é feita com base nas tensões geradas pela ação gravitacional. Verificou-se que uma expressão elítica para a distribuição radial de massas específicas na forma p=po[1-a(r/R)(2)](1/2) fornece resultados razoáveis para as propriedades mecânicas no interior da Terra. Partindo dessa informação, diversos modelos para a distribuição de densidades dos planetas terrestres e Lua são analisados e propostos, baseados na hipótese de que os materiais dos núcleos desses astros são semelhantes. O valor do momento de inércia bem como do diâmetro do núcleo pesado dos planetas interiores do Sistema Solar são estimados, a partir da análise feita. Os modelos foram elaborados admitindo a variação das propriedades mecânicas com a pressão, bem como levando em consideração a existência de uma descontinuidade na distribuição de densidades, sendo os resultados comparados com as informações sismológicas fornecidas pela Geodesia e Selenodesia. Esses resultados são extendidos aos demais planetas terrestres com o intuito de obter novas informações sobre esses astros dos quais pouco se conhece sobre a natureza de seu interior. / [en] In the present work an analysis of the density distribution in large spherical bodies is made based on the stresses generated by gravitational action. Is is found that an eliptical expression for the radial density distribution in the form of the equation p=po[1-a(r/R)(2)](1/2) give reasonable results for the mechanical properties of earth interior. Starting with this assumption, several models for density distribution for terrestrial planets and earth s moon are analysed and proposed, based on the assumption of similiarity of core materials of these bodies. The value of moment of inertia as well as the diameter of the core of the inner planets of the solar system are estimated from those analyses. The models were developed admiting variable mechanical properties with pressure, as well as discontinuity on the density distribution, and the results compared with seismic data from geodesy and selenodesy. Extension of those results for other terrestrial planets were made in an attempt to obtain new informations about these planets, for wich little is know about its interior.

[pt] Utilizam-se métodos de energia para a análise das resultantes de tensões que surgem em cascas esféricas de pequena espessura, submetidas a pressão interna. A análise é conduzida, aplicando o princípio da Energia Potencial Mínima, primeiramente através do método de Ritz e, logo após, através da descretização do vaso em elementos finitos, aproveitando a simetria da casca e utilizando um elemento curvilíneo. São obtidos resultados numéricos, estudando-se o comportamento dos esforços e distribuições dos mesmos, para calotas esféricas com engaste circunferêncial na base. Admitem-se variações na posição do vínculo assim como a presença ou não de um apoio elástico com espessura constante ou variável. / [en] The stress analysis of spherical shells subjected to internal pressures, using energy methods is presented in this paper. The performance of the Ritz method was compared with a finite element method using a curvilinear element, for axisymmetric loads. It is shown that the F.B.M gives superiors results, particularly when the shell is supported elastically. The analysis was performed for different support conditions and shells with non-uniform thickness. Several numerical results were collected in order to compare the relative advantages of the flexibility of the elastic foundation, the flexibility of the shell and the location of the clamped edge along the meridian.

[pt] A formação de emulsões está presente em diversas atividades industriais, incluindo o setor petrolífero. A análise de quebra de gota em capilares com garganta remete ao estudo da formação de emulsões e suas características em meios porosos. Esta dissertação apresenta um modelo numérico baseado nas equações de conservação, e na teoria da lubrificação. O modelo foi desenvolvido considerando as duas fases como fluidos Newtonianos, e o sistema de equações diferencias resultante foi resolvido pelo método de diferenças finitas centrais, implementado em ambiente MATLAB®. Determina-se o campo de pressão dos fluidos, bem como sua interface ao longo do tempo. A análise da influência de parâmetros, tanto da geometria do capilar quanto das propriedades dos fluidos, indicou comportamentos adequados em comparação com os dados disponíveis na literatura. Observou-se que a viscosidade do fluido da fase contínua possui maior influência no tempo de formação de gota, do que a viscosidade do fluido da fase dispersa. O tempo de quebra de gota da fase dispersa varia linearmente com a viscosidade da fase contínua. Observa-se que o raio da garganta do capilar influencia diretamente no tempo de quebra de gota, onde para raios menores, o tempo de formação de gota será menor do que para um raio de garganta maior, devido a um gradiente de pressão capilar mais elevado. / [en] The snap off of emulsion drops appears in several industrial activities, including the oil industry. The analysis snap off in a constricted capillary is related to the study of emulsion formation and its characteristics in a porous media. This thesis presents a numerical model based on the conservation equations and lubrification theory developed for Newtonians fluids. The resulting system of differential equations was solved by finite difference and the code implemented in MATLB®. The analysis of the effect of different parameters, such as the geometry of the capillary and the liquid proprieties, indicated appropriate behaviors in comparison to data in the literature. It was observed that the viscosity of the continuous phase fluid has a stronger influence in the snap off time than the viscosity of the dispersed phase fluid. The snap off time rises with the viscosity of the continuous phase fluid. It was observed that the variation of the radius of the neck directly influences the snap off time, where smaller throat radius leads to shorter snap-off time, due to stronger capillary pressure gradient.

[pt] O objetivo deste trabalho é apresentar programas de computador em linguagem FORTRAN de vários tópicos de um projeto de ar condicionado, acompanhado de explicações sobre sua utilização, bem como os fundamentos teóricos em que se basearam. A partir das equações da Mecânica dos Fluidos e da Transmissão de Calor, obtém as equações para o dimensionamento de uma rede de dutos pelos métodos da Recuperação Estática e Igual Perda, para o cálculo do fluxo de calor transferido ao fluido, escoando dentro dos dutos, para a determinação da temperatura de insuflamento do ar, para o cálculo da quantidade de chapa e isopor necessária à fabricação dos dutos para a determinação do coeficiente global de Transmissão de Calor e para o cálculo de carga térmica por transmissão e para cálculo da perda de carga. Com o auxílio de um diagrama de bloco pode-se acompanhar o raciocínio lógico do programa. Diversas sub-rotinas forma desenvolvidas para resolver equações algébricas não lineares. / [en] The main purpose of this work is to show computer programs in FORTRAN language of several topics of an air conditioning design, followed by specifications about its utilization, as well as the theoretical foundations in which they are based. Since we have the Fluid Mechanical’s and Heat Transfer’s equations, it is possible to obtain equations for air duct design by Static Regain and Equal Friction method, for avaliation of the heat transfer to fluid, flowing inside the ducts, for the avaliation of the inlet temperature of the air, for the avaliation of the galvanized steel and styropor quantities, for the avaliation of the overall Heat Transfer coefficient, for the avaliation of the heat transmition to an ambient, for the avaliation of the head loss in the flow. With the auxiliary of a bloc diagram we can follow logical ratiotination of the program. Several subroutines where developed in order to solve non linear algebraic equations.

[pt] A caracterização das pressões de poros nas bacias sedimentares marinhas é fundamental dentro da etapa de planejamento dos projetos de perfuração na indústria do Petróleo. Uma vez que o desconhecimento dessas pressões coloca em risco a integridade das pessoas nas sondas de perfuração, o ambiente, além de causar grandes prejuízos para as companhias. As metodologias para a estimativa das poropressões na indústria do petróleo tiveram grande desenvolvimento a partir da década de1950. Porém, a grande maioria delas não levam em consideração caraterísticas geológicas importantes como a diagêneses das rochas, as condições de contorno para o fluxo de fluidos, e os mecanismos de dissipação das sobrepressões durante o tempo geológico. Por isso, o principal objetivo do trabalho é fortalecer os estudos convencionais de estimativa de pressão de poros incluindo uma metodologia não convencional com abordagem na modelagem de bacias. Essa metodologia permite analisar o fenômeno como um sistema dinâmico, bem como levar em consideração os mecanismos de geração e de dissipação das pressões durante a evolução geológica da Bacia. Apresenta-se a descrição dos principais mecanismos de geração de sobrepressão, a teoria que descreve o fenômeno das sobrepressões, as metodologias convencionais utilizadas na indústria do petróleo e as hipóteses da metodologia baseada na modelagem de bacias. Utilizou-se o software SEMIMT, do instituto de pesquisa da Noruega, o SINTEF, para realizar a estimativa das poropressões na Bacia de Guajira, uma região offshore do norte da Colômbia. A estimativa das pressões considerou os contornos da bacia, o modelo geológico da região, o histórico de soterramento da Bacia, bem como de modelos de compactação e os modelos de fluxo vertical e fluxo horizontal dos fluidos. O resultado da estimativa das pressões permitiu definir quatro zonas com diferente grau de sobrepressão na área em estudo, que foram comparados com uma metodologia convencional, bem com dados históricos de poços perfurados na região. / [en] Pore pressure prediction is a critical issue for well planning in the oil and gas industry. It is even more critical for offshore environments due to high risks involved in drilling operation. Blowout is the main risk regarding pore pressure since it could cause rig explosion, and oil spills to environment. Such problems can lead a successful company to a very weak position. Therefore, since the fifties, several methodologies for pore pressure prediction have been developed for the industry. Most of them just consider the mechanism of compaction as the main cause of overpressure, ignoring other factors such as rock diagenesis, boundary conditions for fluid flow, and pressure dissipation during the geologic history. That is why the main objective of this work is improving current pore pressure studies, including an alternative methodology (developed by the Norway Petroleum Research Institute - SINTEF), from a scale of basin modeling. That methodology allows analyzing the pressure phenomenon like a dynamic system, where the interaction of the overpressure and the pressure dissipation mechanisms are considered during the geological history. In this paper, main characteristics of overpressure mechanisms are briefly described as well as common methodologies used in the Oil and Gas industry for pressure prediction. Furthermore, the most important hypothesis for basing modeling methodology is described. SEMIMT software was used to predict pore pressure in Guajira Basin, an offshore region located in north Colombia. Results of basin modeling methodology allowed defining four overpressure zones which fit adequately with wells data. Besides, that result was compared with a conventional methodology. Finally, a discussion about the results is presented, highlighting the main advantages and disadvantages observed in this research.

[pt] A Indústria do Petróleo e Gás vem implementando sensores a fibra óptica com o intuito de otimizar sua produção através do monitoramento do campo petrolífero em diversas aplicações. Entretanto, há um desafio na implementação de sensores à fibra óptica em locais com presença de compostos como o ácido sulfídrico (H2S). Tal substância, em contato com a umidade, pode gerar reações químicas que resultem na formação de hidrogênio (H2), que ao difundir-se nas fibras ópticas, pode comprometer a capacidade de transmissão do sinal óptico devido à interação deste composto com a estrutura atômica da sílica. O presente trabalho estudou os efeitos de difusão de hidrogênio em quatro diferentes tipos de fibras ópticas, a fim de entender as atenuações induzidas por este processo. Este estudo foi realizado utilizando dois métodos experimentais: a avaliação do desempenho dos sensores de temperatura distribuída (DTS) e a análise dos perfis de atenuação do sinal óptico no infravermelho quando as fibras ópticas foram submetidas a diferentes condições de temperatura e pressão de hidrogênio. Dentre as fibras ópticas estudadas, destaca-se a fibra óptica monomodo especial em tubo de metal (FIMT), que não apresentou atenuações significativas e alterações em sua composição estrutural ao ser exposta a presença de diferentes pressões de hidrogênio e diversas temperaturas. / [en] The Oil and Gas Industry is implementing fiber optic sensors, in order to optimize their production by monitoring oilfield in various applications. However, there is a challenge in the implementation of fiber optic sensors in places with presence of compounds such as hydrogen sulphide (H2S). Such a substance in contact with moisture can cause chemical reactions that result in the formation of hydrogen (H2), whicht spread in to optical fibers, may affect the transmission capacity of the optical signal due to interaction of this compound with the atomic structure of silica. In order to understand such effects, this dissertation studied the impacts of hydrogen diffusion in four fiber optics. This study was conducted using two experimental methods: An evaluation of performance of distributed temperature sensors (DTS) and analysis of the profiles of attenuation of the optical signal in the infrared when the optical fibers were subjected to different conditions of temperature and hydrogen pressure. Among the studied optical fibers, the single mode special optical fiber in metal tube (FIMT) stands out because it s showed no significant attenuation and changes in its structural composition when exposed to different hydrogen pressures and various temperatures.

[pt] Experimentos referentes ao movimento relativo entre partículas sólidas e um fluido viscoso confinado no interior de cilindros de seção reta arbitrária (circular, quadrangular) foram realizados. Para todos os casos experimentalmente investigados e, para escoamentos variando desde regimes de muito baixo Números de Reynolds (Re menor que 0,1) até um regime bem além do regime de Oseen, constatou-se que a razão entre a força de pressão e a força de arrasto viscoso (Delta P mais A/D) pode ser diretamente medida através de parâmetros do escoamento não perturbado (escoamento em ausência da partícula). De acordo com uma recente teoria (Brenner, 1962) a afirmativa acima que se baseia em uma linearização do tipo Oseen das equações de movimento, deveria apenas ser esperada para regimes de baixos Números de Reynolds (Re menor que 2). Brenner (1962), utilizando-se dos teoremas de momentum e energia, aplicados ao movimento relativo de uma partícula sólida e um fluido viscoso confinado por paredes sólidas, mostrou que, devido ao movimento relativo, uma força de cisalhamento atuando nas paredes do cilindro deve necessariamente existir, ainda que estas paredes estejam infinitamente distantes da perturbação induzida pela partícula. A generalidade da Teoria de Brenner, relativa à geometria da seção reta do cilindro, foi também verificada nos regimes de Stokes e de Oseen. Experimentos realizados em uma coluna curta (1 m) de seção reta circular forneceram um conjunto de dados que foram utilizados para se qualificar, a um baixo nível de incerteza experimental, a técnica experimental utilizada. Experimentos realizados em uma coluna longa (3 m) de seção reta quadrangular permitiram a verificação da teoria em regimes distantes do regime teórico. Medidas da diferença de pressão adicional induzida pelo movimento relativo entre a partícula e o líquido viscoso confinado no duto de seção quadrangular, claramente definiram três diferentes regiões: i) até Re~50, verificou-se que a razão Delta P+A/D aproximadamente 2,093, resultado este que deveria ser esperado apenas para Re < 2,0. Por consideração elementares de momentum aplicáveis a um volume de controle constituído do fluido viscoso no entorno da partícula, pode-se facilmente mostrar que o valor Delta P+A/D diferente de 1,0 confirma a existência de uma força de cisalhamento finita atuando nas paredes do duto infinitamente distantes da partícula; ii) além de Re ~ 50, uma transição abrupta se inicia forçando o valor Delta P+A/D a decrescer. A razão de força Delta P+A/D decresce assintoticamente para o valor 1,0, valor este que corresponde à situação de um fluido ilimitado (meio contínuo fluido sem fronteiras) conforme prescrito pelo Princípio de Momentum; iii) para Re > 2500, a razão Delta P+A/D fortemente aproxima-se do valor 1,0. O maior regime investigado foi Re ~ 36000 mas, fisicamente, não parece existir nenhum argumento que possa contradizer a permanência do comportamento acima descrito. Este trabalho discute também um método bastante preciso conduzindo à medição do arrasto viscoso sobre a partícula e também uma técnica para se medir as pequenas quedas de pressão(~ 1 a 10 elevado à -3 mm Hg) induzidas pelo movimento da partícula. / [en] Experiments concerning the relative motion of solid particles and viscous fluids, confined within cylinders of arbitrary cross-section (circular and quadrangular) have been conducted. For all cases experimentally investigated and for a flow regime extending from a very low particle Reynolds Number (Re less than 0.1) up to far beyond the Oseen s Regime, it has been shown that the additional pressure force to viscous drag ratio (Delta plus A/D) can be directly evaluated by means of parameters of the unperturbed flow. Accordingly to a recent theory (Brenner, 1962) the above statement which uses a Oseen s type linearization of the equation of motion, should only be expected for the very low particle Reynolds Number regime (Re < 2). Brenner (1962), using momentum and energy theorems applied to the relative motion of a particle and a confined viscous fluid has shown that, as a result of the relative motion, a finete shearing force acting on the cylinder walls must existis, even if the walls are infinitely distant from the particle perturbation. The generality of Brenner s theory concerning the cylinder geometry was also verified in the Stokes and in the Oseen s regimes. Experiments conducted in a short (1 m) circular cylinder, filled with a Newtonian fluid, provided the base line data set used to qualify the experimental technique used, within very low experimental uncertainties. Experiments conducted in a long square cylinder (3 m), allowed verification of the theory far beyond the theorectical regime. Measurements of the additional pressure drop created by the relative motion between a solid particle and the viscous fluid, confined in the square cylinder, cleary defined three regions: i) up to about Re ~ 50 it was found that the pressure force to Viscous drag ratio Delta P+A/D approximately 2.093 which should be expected only for Re < 2. By elementary momentum considerations, applied to the fluid control volume around the particle present in the flow, it can easily be show that this value of Delta P+A/D diferente than 1 confirms the existence of a finete shearing force on the far walls of the cylinder; ii) beyond Re = 50 and up to Re ~ 2500 a very complex and not completely understood transition occurs. At about Re ~ 50 an abrupt transition takes place forcing the value of Delta P+A/D to decrease. The ratio Delta P+A/D decreases asymptotically towards the value 1.0 wich corresponds to the situation of an unbounded fluid as can be predicted by the Momentum Principle; iii) for particle Reynolds Number Re > 2500, the Delta P+A/D approaches very closely the value 1.0. The largest flow regime investigated was Re ~ 36000 but, physically, there seems to be no reason to expect any change in the described behaviour. This work also discusses an accurate method for directly measuring the viscous drag force and the diminute dynamic pressure (~ 1 to 10 (-3) mm Hg) created by the motion of the particle.

[pt] Este trabalho desenvolve uma metodologia para obter experimentalmente a pressão capilar de diferentes fluidos em contato com folhelhos, comparando-a com valores obtidos analiticamente a partir da caracterização dos fluidos e dos folhelhos individualmente. Foram realizados ensaios numa célula de difusão a qual permite simular as condições de pressão aplicadas no campo, avaliar a interação físico- química entre fluidos e rochas, além de determinar os parâmetros de transporte de massa devido a gradientes químicos e hidráulicos. Verifica-se que os valores de pressão capilar obtidos diretamente na célula de difusão são inferiores aos obtidos a partir da equação de pressão capilar utilizando a tensão interfacial, o ângulo de contato e o raio de poros do folhelho. Desta forma, conclui-se que caso seja realizada uma análise de estabilidade considerando a pressão capilar do fluido, este parâmetro deve ser determinado experimentalmente na célula de difusão. Caso contrário, valores superestimados poderão ser encontrados. / [en] A methodology was developed to experimentally obtain the capillary pressure of different fluids in contact with shales and compare these values with analytical results from individual characterization of fluids and shales. Tests were carried out in a diffusion cell, which allows the simulation of in-situ pressure conditions, the evaluation of physical-chemical interactions between fluids and rocks and the determination of mass transport parameters due to hydraulic and chemical gradients. It is observed that the values of capillary pressure directly obtained in the diffusion cell are inferior to the ones obtained from the capillary pressure equation using the interfacial tension, the contact angle and the pore radius of shales. Thus, it can be concluded that, if a stability analysis considering the capillary pressure of the fluid is carried out, this parameter should be experimentally determined in the diffusion cell. Otherwise, overestimated values can be found.

[pt] Uma análise numérica de escoamento anular vertical ascendente é realizada utilizando o Modelo de Dois Fluidos unidimensional. Para escoamentos verticais, na ausência de mecanismos estabilizadores, o sistema de equações resultante é incondicionalmente mal posto. Dessa forma, visando tornar o sistema de equações bem posto, adicionou-se às equações de quantidade de movimento um termo de pressão dinâmica. Dois modelos disponíveis na literatura são investigados. O primeiro só considera a pressão dinâmica na equação de quantidade de movimento do líquido, a qual é baseada em uma simples expressão para a velocidade da onda na interface. O segundo modelo inclui uma contribuição da pressão dinâmica em ambas equações de quantidade de movimento. No presente trabalho, um terceiro modelo é proposto, o qual é baseado no primeiro modelo, com uma avaliação mais realista da velocidade da onda na interface. O efeito estabilizante da pressão dinâmica é demonstrado através de um rigoroso teste de convergência de malha. As equações de conservação são discretizadas com o método de volumes finitos, com uma integração temporal de primeira ordem e uma discretização espacial TVD de segunda ordem. Tanto o segundo quanto o terceiro modelo considerados apresentaram solução independente da malha. Parâmetros do escoamento como gradiente de pressão, espessura do filme, e variáveis características da onda obtidos numericamente são comparados com dados experimentais disponíveis na literatura, apresentando boa concordância. / [en] A numerical analysis of vertical ascending annular flow with the 1D Two-Fluid model is performed. It is well known that, in vertical flows, the resulting system of equations is unconditionally ill-posed in the absence of stabilizing mechanisms. Therefore, in the present work, to render the system of equations well-posed, modeling of dynamic pressure is included in the momentum equations. Two models available in the literature are examined. The first one only considers the dynamic pressure in the liquid momentum equation, which is based on a simple expression for the interface wave velocity. The second model includes a dynamic pressure contribution to both momentum equations. A third model is proposed based on the first, with a more realistic estimation of the interface wave velocity. A systematic grid convergence test is performed to demonstrate the stabilizing effect of the dynamic pressure. The conservation equations are discretized with the finite volume method, with a first order time integration, and a second order TVD spatial discretization. A grid-independent solution can be found when applying the second and third models considered. Flow parameters such as pressure drop, film thickness and wave characteristics numerically obtained are compared against available experimental data, presenting good agreement.

[pt] A perfuração de poços de petróleo envolve diversas fases. Com o avanço da tecnologia é possível explorar em águas ultra profundas com lâmina d água acima de 1500 metros de profundidade, com isso uma série de medidas precisam ser tomadas para que eventos catastróficos não ocorram durante a perfuração, eventos estes que podem gerar danos irreversíveis ao meio ambiente, multas altíssimas e expor a vida de centenas de pessoas. Dos eventos indesejados durante a perfuração, destacamos as instabilidades nas paredes dos poços, eventos como este podem gerar desmoronamentos devido à baixa pressões internas ou rupturas das paredes dos poços devido altas pressões. Com base nos modos de falha dos poços citados acima, o fluido de perfuração tem o objetivo de manter a pressão ideal no poço, sustentar suas paredes evitando desmoronamento, não somente isto, mas também remover os detritos ou cascalhos das rochas perfuradas, lubrificar e resfriar a broca. O presente trabalho buscou analisar o comportamento da parede dos poços quando submetidos a pressões que geram instabilidades e levam os poços a falhas irreversíveis, o método utilizado para mitigar os riscos foi o critério de falha de Mohr-Coulomb, e o desenvolvimento foi elaborado via métodos numéricos, mais específico em código de programação na linguagem Python, onde foi possível realizar simulações que visavam monitorar a estabilidade dos poços, demonstrando as áreas mais seguras e calculando as tensões atuantes durante a perfuração. / [en] The drilling of oil wells involves several phases. With the advancement of technology it is possible to explore ultra-deepwater with a water depth above 1500 meters deep, and a series of measures need to be taken so that catastrophic events have not occurred during drilling, events that can cause irreversible damage to the environment, very high fines and expose the lives of hundreds of people. Of the external events during drilling, we highlight the instabilities in the walls of the wells, events like this can generate landslides due to low internal pressure or ruptures of the walls of the wells due to high pressure. Based on the failure modes of the wells mentioned above, the drilling fluid has the objective of maintaining the ideal pressure in the well, sustaining its walls avoiding collapse, not only that but also removing the debris or cuttings from the drilled rocks, lubricating and cool the bit. The present work sought to analyze the behavior of the wall of the wells when it patented the pressure that generated instabilities and lead the wells to irreversible failures, the method used to mitigate the risks was the confirmed Mohr-Coulomb failure, and the development was elaborated via methods numerical, more specific in programming code in the Python language, where it was possible to carry out simulations that aimed to monitor the stability of the wells, demonstrating the safest areas and calculating the stresses acting during drilling.