[pt] Este trabalho descreve um estudo teórico e sua aplicação computacional sobre a operação de usinas hidráulicas num sistema elétrico de potência. Parte-se das equações dinâmicas do sistema, considerando os parâmetros que influenciam um sistema multireservatório (afluências e potência demandada, aleatória, tempo de percurso da água entre dois reservatórios). Essas equações são um conjunto de equações diferenciais de 1º ordem, quais são aproximadas por um conjunto de diferentes finitas, com a finalidade de que o sistema em um instante t só dependa do instante anterior (t-1). Quando apresenta-se o problema do tempo de percurso da água entre dois reservatórios, t(i), o sistema em um instante t vai depender de (t-l) e de (t-t(i)). Então as equações recorrentes com transmissão não instantânea são transformadas em um conjunto de equações de estado, que representam estados intermediários entre os reservatórios, assim aumentando o número de equações de estado, faz-se com que o retardo de tempo t(i) não apareça explicitamente. Tendo definido o modelo matemático do sistema, o objetivo é maximizar a quantidade de água armazenada, satisfazendo uma demanda de potência aleatória e as restrições em hidráulicidade (características hidráulicas do sistema) e em instalações. São usados os métodos de relaxação e de intervalos iguais. Os programas foram feitos para o sistema IBM 370-165 da PUC/RJ. / [en] This thesis describes a theorectical study and its computational application for the operation of hidraulic plants within an electric power system. It is besed on the dynamic equations of the system, considering the parameters wihich influence a multi-reservoir (water inflows and demended power both aleatory quantities, transit time of water between two reservoirs).These equations are a first order diferential equations, which are aproximated by a set of diference-equations, in order that in a given instant t, the water transit-time problem between two reservoirs, t(i), is presented. The system in an instant t will depend on (t-l) and (t-,t(i)). Then the recurrence equations with noninstantaneous transmission are transformed in a set of state variables, these represent intermediary states between the reservoirs, so that, increasing the number of state equations the time delay in is eliminated. Once the mathematical model is defined, the objective is to maximize the stored water quantity satisfying an aleatory demand power and the restrictions on hidraulicity and instalations. The relaxation and equal-intervals methods are used the computer programs were implement for the IBM 370-165 system of the PUC/RJ.

[pt] A exploração e produção de petróleo é uma tarefa complexa onde a utilização de modelos físicos é fundamental para minimizar riscos exploratórios e maximizar o retorno do capital investido durante a etapa de produção dos campos descobertos. Com o passar do tempo, estes modelos vêm se tornando cada vez mais complexos, apresentando uma grande tendência de integração entre simuladores distintos e dando origem à necessidade de novas simulações multifísicas, onde modelos físicos isolados são resolvidos conjuntamente de maneira acoplada. Este trabalho apresenta o framework GeMA (Geo Modelling Analysis framework), uma biblioteca para suporte ao desenvolvimento de novos simuladores multifísicos, permitindo tanto o acoplamento de novos modelos construídos tendo o framework como base, quanto a integração com simuladores já existentes. Seu objetivo é promover a utilização de técnicas de engenharia de software tais como extensibilidade, reusabilidade, modularidade e portabilidade na construção de modelos físicos para engenharia, permitindo que engenheiros estejam livres para se concentrarem na formulação física do problema, uma vez que o framework se encarrega do gerenciamento de dados e das funções de suporte necessárias, agilizando a produção de código. Construído para auxiliar durante todo o fluxo de trabalho de uma simulação multifísica, a arquitetura do framework suporta múltiplos paradigmas de simulação e acoplamento de físicas, com especial ênfase no método de elementos finitos, sendo capaz de representar o domínio espacial através de múltiplas discretizações (malhas) e efetuar a troca de valores entre as mesmas. O framework implementa ainda conceitos importantes de extensibilidade, através do uso combinado de plugins e interfaces abstratas, bem como orquestração configurável e prototipação rápida através do uso da linguagem Lua. Além da descrição do framework, este trabalho apresenta ainda um conjunto de testes aplicados para testar sua corretude e expressividade, com especial ênfase em um modelo 2D de modelagem de bacias acoplando cálculo não linear de temperatura baseado em elementos finitos, compactação mecânica, maturação e geração de hidrocarbonetos. / [en] Petroleum exploration and production is a complex task where the use of physical models is imperative to minimize exploration risks and maximize the return on the invested capital during the production phase of new oil fields. Over time, these models have become more and more complex, giving rise to a tendency of integration between several simulators and the need for new multiphysics simulations, where single-physics models are solved together in a coupled way. This work presents the GeMA (Geo Modelling Analysis) framework, a library to support the development of new multiphysics simulators, allowing both the coupling of new models built with the framework as a base and the integration with pre-existing simulators. Its objective is to promote the use of software engineering techniques, such as extensibility, reusability, modularity and portability in the construction of engineering physical models, allowing engineers to focus on the physical problem formulation since the framework takes care of data management and other necessary support functions, speeding up code development. Built to aid during the entire multiphysics simulation workflow, the framework architecture supports multiple simulation and coupling paradigms, with special emphasis given to finite element methods. Being capable of representing the spatial domain by multiple discretizations (meshes) and exchanging values between them, the framework also implements some important concepts of extensibility, through the combined use of plugins and abstract interfaces, configurable orchestration and fast prototyping through the use of the Lua language. This work also presents a set of test cases used to assess the framework correctness and expressiveness, with particular emphasis given to a 2D basin model that couples FEM non-linear temperature calculations based on finite elements, mechanical compaction and hydrocarbon maturation and generation.

[pt] A proposta deste trabalho é viabilizar e acelerar a simulação de um sistema de grãos implementado inteiramente na GPU, utilizando o Método dos Elementos Discretos (MED). O objetivo de implementar todo o sistema na GPU é evitar o custo de transferência de informações entre a placa gráfica e a CPU. O sistema proposto simula partículas de diferentes diâmetros, com tratamento de colisão entre partículas e entre partículas e o ambiente. Com o Método dos Elementos Discretos são consideradas forças normais e forças tangenciais aplicadas sobre as partículas. Algoritmos paralelos foram desenvolvidos para construção e armazenamento do histórico de forças tangenciais existente em cada contato entre partículas. São comparadas duas propostas de construção de grade regular de células para realizar a detecção de contato. A primeira proposta é muito eficiente para partículas com raio fixo, enquanto que a segunda se mostra com maior escalabilidade para modelos com variação de raio. O sistema é composto por diversos algoritmos executados em threads, responsáveis por cada etapa da simulação. Os resultados da simulação foram validados com o programa comercial PFC3D. O sistema de partículas em GPU consegue ser até 10 vezes mais rápido do que o programa comercial. / [en] The purpose of this work is to make possible and speed up a grain system simulation implemented entirely on GPU, using the Discrete Element Method (DEM). The goal of implementing all the system on GPU is to avoid the cost of data transfer between the graphics hardware and the CPU. The proposed system simulate particles of different diameters, with collision treatment between particles and between particles and the environment. The Discrete Element Method consider normal forces and tangential forces applied on the particles. Parallel algorithms were designed to construct and storage the tangential forces history present in each contact between particles. Two ideas for the construction of the regular grid of cells are proposed and compared to perform the collision detection. The first one is very efficient to particles with fixed radius, while the second one shows more scalability in models with radius variation. The system consists of several algorithms running in threads, responsible for each step of the simulation. The results of the simulation were validated with the commercial program called PFC3D. The GPU particle system can be up to 10 times faster then the commercial program.

[pt] Este trabalho objetiva o projeto, a construção e teste de um dispositivo para a recuperação da geometria de tubulações danificadas externamente por amassamento. O dano a ser reparado é caracterizado por mossas sem cava, implicando em uma alteração suave da superfície sem a ocorrência de defeitos ou de redução na espessura da parede do duto. Considera-se ainda que esta perturbação geométrica provocada pelo amassamento não afete a integridade de eventual cordão de solda presente na tubulação. Para a definição dos parâmetros geométricos dos corpos de prova, da carga de operação requerida nos ensaios e do material de construção do dispositivo (ferramenta) foram utilizados resultados de modelos analíticos aproximados e de soluções por elementos finitos. Neste caso, a representação da tubulação utilizada nos testes numéricos da operação do dispositivo considerou modelos com elementos de cascas finas incluindo efeitos não-lineares associados ao comportamento do material, a grandes deslocamentos e ao contato entre superfícies. Estas simulações numéricas permitiram avaliar-se as condições de solicitação e do funcionamento do dispositivo, necessárias para a execução dos procedimentos experimentais e para a identificação da integridade estrutural da tubulação ao final dos ensaios. Testes experimentais de operação do dispositivo foram realizados em dois especimens tubulares de aço: API5LGrB, com valor nominal de diâmetro 355.6mm (14aspas) e espessura 6.35mm (0.25aspas), ambos com 5m de comprimento. Nestes especimens, também instrumentados com extensômetros elétricos, foram inicialmente impostos amassamentos por punções com geometrias padronizadas do tipo esférico e cilíndrico (especimens de aço API5LGrB) e que resultaram na redução em 15% no diâmetro da tubulação. Em seguida, utilizando-se o dispositivo projetado para o desamassamento dos dutos, promoveu-se a recuperação da geometria de forma a deixar aparente uma indentação não superior a 5% do seu diâmetro nominal. Ensaios de inspeção não-destrutivos, realizados apos os procedimentos experimentais nos dutos, permitiram verificar-se a integridade das tubulações, revelando em ambos os casos a inexistência de descontinuidades na superfície do material . Utilizando- se ensaios numéricos e experimentais, uma metodologia foi desenvolvida para o dimensionamento , construção e a avaliação do protótipo de um dispositivo com as características de portabilidade e de operação adequadas à utilização com robôs autômatos de posicionamento remoto no interior de tubulações (G.I.R.I.N.O./CENPES, p. ex.). / [en] This work deals with design, construction and testing of a tool device for the repair of externally damaged pipes. It is aimed for repairing the so called smooth plain dent type of damage, with no reduction in the pipe wall thickness or any damage in the pipe welding. Geometric parameter definitions and required loading for the testing specimens and, the requirements for material properties to the device design and operation were obtained using simplified analytic solutions and finite element modeling analyses. Tested pipes were first numerically evaluated using finite element analyses, comprising thin-wall shell element models with non-linear material behavior, large displacements and surface contact effects. These numerical simulations allowed for the device functioning and loading evaluations, set requirements for the experimental procedure used and furnished a measure for the pipe structural integrity at the experiment`s onset. Experiments were performed on two 355.6mm diameter, 5m long , API class steel pipes: 5LGrB, with 6.35 thickness. Dents were applied to these specimens, monitored by electric strain-gages, by indenter tools with standard cylinder and sphere surface shapes causing a 15% reduction in the pipe diameter. Recovering of each pipe cross-section roundness was then imposed by a designed tool device, restoring its diameter measure to more than 95% of its original (nominal) value. Following this procedure, non-destructive tests were done with the pipes, with no damages in their material integrity found. Considering the obtained numeric and experimental results, a methodology has been proposed for design, construction and evaluation of a prototype device for piping damage recovery with the characteristics of good portability and operation, allowing for its use with remote operated robots (G.I.R.I.N.O./CENPES, for example).

[pt] O tema abordado neste trabalho é a observação e análise, em regime permanente e dinâmico, da ocorrência de um fenômeno que já foi observado em condições reais de operação do sistema elétrico brasileiro, que é a relação oposta à usual entre a grandeza controlada e a grandeza controladora. Nestes caso, mesmo que haja margem de recursos para manter a tensão controlada, ela não é útil. Por exemplo, uma diminuição na relação de transformação num transformador de tapes variáveis, com intuito de aumentar a tensão controlada acaba por reduzí-la, até que os limites de troca de tapes sejam atingidos ou o sistema entre em colapso. Para demonstrar a existência do problema, foram executadas simulações, em regime permanente e dinâmico, e verificado o efeito do controle de tensão por um transformador com tapes variáveis e por compensadores estáticos de potência reativa, situações corriqueiras de um sistema de potência. Foram demonstradas situações em que foi possível verificar a mudança da região de operação. Para a análise em regime permanente foi utilizado um algoritmo de fluxo de carga, e para a análise dinâmica, uma simulação no domínio do tempo. Nas simulações envolvendo transformadores de tapes variáveis, foi possível verificar a existência o efeito reverso da ação de controle de tensão nas análises estática e dinâmica. Nas simulações utilizando o compensador estático de potência reativa houve divergência entre os resultados das duas análises. / [en] This work presents the observation and analysis, in steady state and dynamic performance, of the phenomenon already observed in real operation conditions of the Brazilian Electric System, which is the opposite relationship between the controlled value and the target value. In this case, even if the resources have margin to keep the voltage controlled, this is not useful. For example, the reduction in the turn ratio on load tap changer transformer, with the aim of increase in the controlled voltage, result in its reduction, until the tap changer limit is reached or the system is led to the collapse. To demonstrate the existence of this problem, steady state and dynamic performance simulations were done, and the voltage control effect by on load tap changer transformer and static var compensator , current situations in a power system. Several situations where is possible verify the operation region changing was demonstrated. For steady state analysis was used a load flow algorithm and, for the dynamic analysis, a time domain simulation. In the simulations with on load tap changer transformer, it was possible to verify the existence of the reverse effect of the voltage control action in the static and dynamic analysis. In the simulations using static var compensator, a divergence was found between the results in the two analyses.

[pt] O presente documento tem por objetivo realizar a análise de viabilidade econômica para a implantação e operação da Fase 1 de um modelo de negócios voltado para a produção, no mercado brasileiro, de tintas especiais para aplicações industriais. Tal análise foi desenvolvida utilizando-se a Teoria das Opções Reais em um processo de simulação de Monte Carlo onde os custos (fatores de incerteza) serão considerados estocásticos seguindo um movimento de reversão à média. Desta forma serão quantificados os efeitos das flexibilidades gerenciais e como estes afetam o valor do projeto através de uma forma eficiente de simular fluxos de caixa. O mercado dessas tintas especiais e patenteadas, tem hoje participação expressiva na Europa e, pelas características dos seus produtos, observa-se um alto potencial de entrada no Brasil. São tintas anticorrosivas isentas de pigmentos metálicos e solventes, indicadas para todos os segmentos industriais, com alta resistência química e mecânica e diversos tipos de acabamento. Uma das grandes vantagens das tintas que utilizam essa tecnologia é que o processo de cura não requer nenhum tipo de exposição ao sol, evaporação ou radiação ultravioleta, resultando em produtos com a fase de secagem mais rápida e vida útil muito maior. O modelo de negócio da fase 1 consiste na terceirização da produção onde, através da supervisão direta, será verificada a correta alocação dos insumos de modo garantir a qualidade das tintas. A forma como está representada traz vantagens como a redução de investimentos iniciais para implementação e a revelação de valiosas informações de mercado. / [en] The present document has as objective to analyze the investment of the fase one start up of a business based on special licenced industrial paint on the brazilian market. Such analysis was accomplished with the Real Options Theory based on a Monte Carlo Simulation process where the costs (uncertainty factors) are stochastic and will follow the Mean Reversion Model. Therefore, it will be able to quantify the management flexibility and how they affect the project value. Nowadays, this industrial paint market has expressive profit share in Europe and a great potential in Brazil. Those paints are anticorrosive and do not have metallic pigments or solvents. They are indicated for all industrial sectors with high chemistry and mechanic resistence application. One of the great advantages on this kind of paint is the lack of extensive time to become dry. The fase one business model is bases on an outside production and the correct formula will be obtained throught direct supervision of qualified internal employees. The bus iness model has advantages such as the reduction of the inicial investments and the development of market knowledge.

[pt] A crescente preocupação ambiental e dependência energética de combustíveis fósseis têm aumentado a importância do desenvolvimento de combustí­veis renováveis e menos poluentes. Dentro deste cenário, o Biodiesel é uma alternativa que apresenta diversas vantagens em relação ao diesel fóssil, ou Petrodiesel, além de possuir propriedades fí­sicas semelhantes. Neste trabalho mensurou-se o valor que advêm da flexibilidade existente para o produtor de Biodiesel da escolha do insumo utilizado na sua produção através da Teoria de Opções Reais. Os resultados encontrados indicam que essa opção de escolha de insumos tem valor quando se assume que os preços futuros destes insumos seguem processos estocásticos como o Movimento de Reversão à  Média e o Movimento Geométrico Browniano, o que pode ser suficiente para viabilizar o uso de insumos que não seriam recomendados pela análise tradicional. Como esses processos estocásticos geram diferentes resultados, a seleção do modelo e dos parâmetros utilizados são fatores importantes na valoração desta classe de projetos. / [en] There has been a growing concern in recent years about the quality of our environment and dependence on fossil fuels to supply the energy needs of the world, which has created an interest in the development of renewable and less polluting energy sources. One of such alternatives is the Biodiesel, which has many advantages relative to the fossil based Diesel, or Petrodiesel, aside from being physically equivalent. We use the real options approach to determine the value of the managerial flexibility that a Biodiesel plant has to switch inputs among different grain commodities. Our results indicate that the option to choose inputs has value if we assume that the future prices follow stochastic processes such as Geometric Brownian Motion and Mean Reversion Models, and can be sufficient to recommend the use of input commodities that would not be recommended the traditional valuation methods. Given that each of these models provides different option values, the choice of model and parameters has a significant impact on the valuation of this class of projects.

[pt] Neste trabalho, é apresentado uma abordagem para animação de águas rasas em aplicações interativas baseada em um modelo físico. Para a simulação, foi empregado o método Langrangreano conhecido como Smoothed Particle hydrodynamics (SPH). Com base no trabalho de Muller et al. (Muller et al., 2003), que utilizou SPH em computação Gráfica, e no trabalho de Rodriguez-Paz e Bonet (Rodriguez-Paz; Bonet, 2005) que propõe uma variação deste método para a simulação de águas rasas em aplicações de engenharia, propomos uma abordagem simples e eficiente para a simulação de águas rasas em jogos a influência de terrenos acidentados. / [en] In this work is present an approach to shallow-water animation on interactive applications based on a physic model. For the simulation, was employed a Lagrangian methos known as Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Based on the work of muller et al. (Muller et al., 2003), which applied SPH in computer Graphics, and on the work of Rodriguez-Paz (Rodriguez-Paz; Bonet, 2005), wich proposes a variation of this method to shallow-water simulation on engineering applications, we have proposed a simple and efficient approach for shallow-water simulation on games under the influence of irregular terrains.

[pt] Esta dissertação apresenta um framework para simulação de um ambiente de microbacias como serious game, onde o compromisso de representação mais realista de personagens, processos e ambientes está alinhado com as características usuais de jogos de entretenimento. O jogo tem por objetivo auxiliar na educação e na discussão de tópicos sobre sustentabilidade econômica e preservação do meio ambiente. Além da simulação física do terreno, este trabalho agrega uma nova funcionalidade ao simulador capaz de simular a interação dos habitantes de uma microbacia com o terreno e a interação entre eles na forma de um jogo. O framework permite a implementação de lógicas nos agentes, que simulam os habitantes, e as conjurações para atualização de preços e de valores de produção. / [en] This dissertation presents a framework for the simulation of a watershed environment as a serious game, where the commitment of a more realistic representation of characters, processes and environment is aligned with the usual features of entertaining games. The game aims to assist education and discussing topics on economic sustainability and environmental preservation. In addition to the physical simulation of the terrain, this work adds a new functionality to the simulator which makes it capable of simulating the interaction of the inhabitants of a small watershed with the terrain and the interaction between them as a game. The framework allows us to implement logic in the agents that simulate inhabitants, and the settings for updating prices and values of production.

[pt] A injeção de emulsão óleo-água vem sendo estudada como método de recuperação avançada, levando a um incremento no volume de óleo recuperando através de um controle de mobilidade do fluido injetado e aumento da eficiência de deslocamento de deslocamento do óleo. A aplicação deste ,étodo requer o entendimento do escoamento tanto na escala de poros como na escala de reservatórios. Neste trabalho, o efeito de emulsão no escoamento bifásico é modelado através de curvas de permeabilidades relativas que variam com a concentração de gotas da fase dispersa da emulsão. Estas curvas descrevem dois fenômenos físicos observados nestes escoamentos, o controle de mobilidade, representado pela diminuição da permeabilidade relativa da fase aquosa devido à presença de gostas, e a melhora na eficiência de deslocamento, representada pela diminuição da saturação residual da fase oleosa. O modelo proposto foi implementado em um simulador comercial (STARS-CMG) em uma geometria bi-dimensional com dois poços verticais ( injetor e produtor). A produção de óleo durante o processo de injeção alterada de água/ emulsão/ água é estudado em diversas condições do escoamento com o objetivo de analisar separadamente o mecanismo de controle de mobilidade e da melhoria do deslocamento no processo, determinando as condições ótimas de operações. Os resultados obtidos mostram que a injeção de emulsão óleo-água pode representar uma importante alternativa na produção de óleo como processo de recuperação avançada. / [en] Emulsion injection has been studied as an enhanced oil recovery method, leading to an increase on the recovered oil volume by mobility control of injected fluid and increase of oil displacement efficiency. The use of this method requires understanding the flow both in pore and reservoir scales. The effect of emulsion on the two phase flow is modeled by using relative permeability curves that vary with the concentration of the dispersed phase of the emulsion. Those curves describe two physical phenomena observed on these flows: control of mobility, represented by a lower relative permeability of the aqueous phase due to the presence of droplets and improved displacement efficiency, represented by the decrease in the residual oil saturation. The proposed model was implemented in a commercial simulator (STARS-CMG) in a two-dimensional geometry with two vertical wells (injector and producer). The oil production during alternate injection of water/emulsion/water process is studied with several flows condition with the purpose to analyze separately the effect of mobility control and improvement of the oil displacement in the process and finding the optimum operating conditions. The results obtained show that the oil-water emulsion injection can represent an important alternative in oil production as an enhanced oil recovery method.